JP5313414B1 - Polymer piezoelectric material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

本発明では、重量平均分子量が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子を含み、DSC法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、かつ、マイクロ波透過型分子配向計で測定される基準厚さを50μmとしたときの規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積が25〜250である、高分子圧電材料が提供される。   In the present invention, a helical chiral polymer having an optical activity having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000, crystallinity obtained by DSC method is 20% to 80%, and microwave transmission molecule A polymeric piezoelectric material is provided in which the product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity when the reference thickness measured by an orientation meter is 50 μm is 25 to 250.

Description

本発明は、高分子圧電材料、およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a polymer piezoelectric material and a method for producing the same.

圧電材料としては、従来、セラミックス材料であるPZT(PBZrO−PbTiO系固溶体)が多く用いられてきた。しかし、PZTは鉛を含有することから、現在、圧電材料としては、環境負荷が低く、また柔軟性に富む高分子圧電材料が用いられるようになってきている。
現在知られている高分子圧電材料は、主に以下の2種類に大別される。すなわち、ナイロン11、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ尿素などに代表されるポーリング型高分子と、ポリフッ化ビニリデン(β型)(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体(P(VDF−TrFE))(75/25)などに代表される強誘電性高分子との2種類である。
Conventionally, PZT (PBZrO 3 —PbTiO 3 based solid solution), which is a ceramic material, has been widely used as the piezoelectric material. However, since PZT contains lead, currently, as a piezoelectric material, a polymer piezoelectric material having a low environmental load and high flexibility is being used.
Currently known polymer piezoelectric materials are mainly classified into the following two types. That is, Pauling type polymer represented by nylon 11, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride, polyurea, etc., polyvinylidene fluoride (β type) (PVDF), vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer (P ( VDF-TrFE)) (75/25) and other ferroelectric polymers.

しかしながら、高分子圧電材料は、圧電性においてPZTに及ばず、圧電性の向上が要求されている。そのため、種々の観点から高分子圧電材料の圧電性を向上することが試みられている。   However, polymeric piezoelectric materials are not as good as PZT in piezoelectricity, and are required to improve piezoelectricity. For this reason, attempts have been made to improve the piezoelectricity of the polymeric piezoelectric material from various viewpoints.

例えば、強誘電性高分子であるPVDF、及びP(VDF−TrFE)は、高分子の中でも優れた圧電性を有し、圧電定数d31が20pC/N以上である。PVDF、及びP(VDF−TrFE)から形成されるフィルム材料は、延伸操作により、延伸方向に高分子鎖を配向させた後に、コロナ放電などでフィルムの表裏に異種の電荷を付与することで、フィルム面垂直方向に電界を発生させ、高分子鎖の側鎖にあるフッ素を含む永久双極子を、電界方向に平行に配向させ、圧電性を付与する。しかし、分極したフィルム表面には、配向を打ち消す方向に、空気中の水やイオンのような異種電荷が付着しやすく、分極処理で揃えた永久双極子の配向が緩和し、経時的に圧電性が顕著に低下するといった実用上の課題があった。For example, the ferroelectric polymers PVDF and P (VDF-TrFE) have excellent piezoelectricity among the polymers, and the piezoelectric constant d 31 is 20 pC / N or more. The film material formed from PVDF and P (VDF-TrFE), by orienting the polymer chain in the stretching direction by stretching operation, by giving different charges on the front and back of the film by corona discharge, An electric field is generated in the direction perpendicular to the film surface, and permanent dipoles containing fluorine in the side chains of the polymer chain are oriented parallel to the electric field direction to impart piezoelectricity. However, on the polarized film surface, foreign charges such as water and ions in the air tend to adhere in the direction that cancels the orientation, and the orientation of the permanent dipole aligned by the polarization treatment is relaxed, and the piezoelectricity over time. There has been a practical problem such as a noticeable decrease.

PVDFは、上記の高分子圧電材料の中で最も圧電性の高い材料ではあるが、誘電率が高分子圧電材料の中では比較的高く、13であるため、圧電d定数を誘電率で割った値の圧電g定数(単位応力当たりの開放電圧)は小さくなる。また、PVDFは、電気から音響への変換効率は良いものの、音響から電気への変換効率については、改善が期待されていた。   PVDF is the most piezoelectric material among the above polymer piezoelectric materials, but the dielectric constant is relatively high among the polymer piezoelectric materials and is 13. Therefore, the piezoelectric d constant is divided by the dielectric constant. The value of the piezoelectric g constant (open voltage per unit stress) becomes small. Moreover, although PVDF has good conversion efficiency from electricity to sound, improvement in the conversion efficiency from sound to electricity has been expected.

近年、上記の高分子圧電材料以外に、ポリペプチドやポリ乳酸等の光学活性を有する高分子を用いることが着目されている。ポリ乳酸系高分子は、機械的な延伸操作のみで圧電性が発現することが知られている。光学活性を有する高分子の中でも、ポリ乳酸のような高分子結晶の圧電性は、螺旋軸方向に存在するC=O結合の永久双極子に起因する。特にポリ乳酸は、主鎖に対する側鎖の体積分率が小さく、体積あたりの永久双極子の割合が大きく、ヘリカルキラリティをもつ高分子の中でも理想的な高分子といえる。延伸処理のみで圧電性を発現するポリ乳酸は、ポーリング処理が不要で、圧電率は数年にわたり減少しないことが知られている。   In recent years, attention has been paid to the use of polymers having optical activity, such as polypeptides and polylactic acid, in addition to the above-described polymeric piezoelectric materials. It is known that polylactic acid polymers exhibit piezoelectricity only by mechanical stretching operation. Among the polymers having optical activity, the piezoelectricity of a polymer crystal such as polylactic acid is attributed to a C = O bond permanent dipole that exists in the direction of the helical axis. In particular, polylactic acid has a small volume fraction of side chains with respect to the main chain and a large ratio of permanent dipoles per volume, and can be said to be an ideal polymer among the polymers having helical chirality. It is known that polylactic acid that exhibits piezoelectricity only by stretching treatment does not require poling treatment and the piezoelectricity does not decrease over several years.

以上のように、ポリ乳酸には種々の圧電特性があるため、種々のポリ乳酸を用いた高分子圧電材料が報告されている。例えば、ポリ乳酸の成型物を延伸処理することで、常温で、10pC/N程度の圧電率を示す高分子圧電材が開示されている(例えば、特開平5−152638号公報参照)。また、ポリ乳酸結晶を高配向にするために、鍛造法と呼ばれる特殊な配向方法により18pC/N程度の高い圧電性を出すことも報告されている(例えば、特開2005−213376号公報参照)。   As described above, since polylactic acid has various piezoelectric characteristics, polymer piezoelectric materials using various polylactic acids have been reported. For example, a polymer piezoelectric material is disclosed that exhibits a piezoelectric constant of about 10 pC / N at room temperature by stretching a molded product of polylactic acid (see, for example, JP-A-5-152638). In addition, in order to make polylactic acid crystals highly oriented, it has also been reported that high piezoelectricity of about 18 pC / N is produced by a special orientation method called a forging method (see, for example, JP-A-2005-213376). .

しかし、上記特開平5−152638号公報や特開2005−213376号公報に示される圧電材料(フィルム)は、主に一軸方向に延伸されて作製されるため、延伸方向と平行な方向に裂けやすく、特定方向についての引裂強さが低いという問題があった。以下、特定方向についての引裂強さを、「縦裂強度」ともいう。
また、上記特開平5−152638号公報や特開2005−213376号公報に示される圧電材料はいずれも透明性が不十分である。
本発明においては上記事情に鑑み、圧電定数d14が大きく、透明性に優れ、縦裂強度の低下が抑制された高分子圧電材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
However, since the piezoelectric material (film) shown in the above Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-152638 and 2005-213376 is produced mainly by stretching in a uniaxial direction, it is easy to tear in a direction parallel to the stretching direction. There was a problem that the tear strength in a specific direction was low. Hereinafter, the tear strength in a specific direction is also referred to as “longitudinal tear strength”.
In addition, the piezoelectric materials disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-152638 and 2005-213376 are not sufficiently transparent.
In view of the above circumstances in the present invention, the piezoelectric constant d 14 is large, excellent transparency, lowering of the vertical tear strength is an object to provide a polymeric piezoelectric material is suppressed and a manufacturing method thereof.

前記課題を達成するための具体的手段は、以下の通りである。
[1]重量平均分子量が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子を含み、DSC法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、かつ、マイクロ波透過型分子配向計で測定される基準厚さを50μmとしたときの規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積が25〜250である、高分子圧電材料。
[2]前記結晶化度が40.8%以下である、[1]に記載の高分子圧電材料。
[3]可視光線に対する内部ヘイズが40%以下である、[1]または[2]に記載の高分子圧電材料。
[4]前記規格化分子配向MORcが1.0〜15.0である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[5]25℃において変位法で測定した圧電定数d14が1pm/V以上である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[6]前記ヘリカルキラル高分子が、下記式(1)で表される繰り返し単位を含む主鎖を有するポリ乳酸系高分子である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
Specific means for achieving the above object are as follows.
[1] A helical chiral polymer having an optical activity with a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000, crystallinity obtained by DSC method of 20% to 80%, and microwave transmission molecular orientation A polymer piezoelectric material, wherein the product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity is 25 to 250 when the reference thickness measured by the meter is 50 μm.
[2] The polymeric piezoelectric material according to [1], wherein the crystallinity is 40.8% or less.
[3] The polymeric piezoelectric material according to [1] or [2], wherein the internal haze with respect to visible light is 40% or less.
[4] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [3], wherein the normalized molecular orientation MORc is 1.0 to 15.0.
[5] The piezoelectric constant d 14 measured by a displacement method at 25 ° C. is 1 Pm/V more, [1] polymeric piezoelectric material according to any one of - [4].
[6] The helical helical polymer according to any one of [1] to [5], wherein the helical chiral polymer is a polylactic acid polymer having a main chain containing a repeating unit represented by the following formula (1). Polymer piezoelectric material.

[7]前記ヘリカルキラル高分子は、光学純度が95.00%ee以上である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[8] 前記ヘリカルキラル高分子の含有量が80質量%以上である、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[9] 可視光線に対する内部ヘイズが1.0%以下である、[1]〜[8]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[10][1]〜[9]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料を製造する方法であって、前記ヘリカルキラル高分子を含む非晶状態のシートを加熱して予備結晶化シートを得る第一の工程と、前記予備結晶化シートを同時に2軸方向に延伸する第二の工程と、を含む、高分子圧電材料の製造方法。
[11]前記予備結晶化シートを得る第一の工程において、下記式で表される温度Tにおいて、結晶化度が1%〜70%になるまで前記非晶状態のシートを加熱する、[10]に記載の高分子圧電材料の製造方法。
Tg−40℃≦T≦Tg+40℃
(Tgは、前記ヘリカルキラル高分子のガラス転移温度を表す。)
[12]前記予備結晶化シートを得る第一の工程において、前記ヘリカルキラル高分子としてポリ乳酸を含む非晶状態のシートを20℃〜170℃で、5秒〜60分加熱する、[10]または[11]に記載の高分子圧電材料の製造方法。
[13]前記第二の工程の後に、アニール処理をする[10]〜[12]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料の製造方法。
[7] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [6], wherein the helical chiral polymer has an optical purity of 95.00% ee or more.
[8] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [7], wherein the content of the helical chiral polymer is 80% by mass or more.
[9] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [8], wherein an internal haze with respect to visible light is 1.0% or less.
[10] A method for producing the polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [9], wherein the amorphous crystalline sheet containing the helical chiral polymer is heated to be pre-crystallized sheet And a second step of simultaneously stretching the pre-crystallized sheet in the biaxial direction.
[11] In the first step of obtaining the pre-crystallized sheet, the amorphous sheet is heated until the crystallinity becomes 1% to 70% at a temperature T represented by the following formula: [10 ] The manufacturing method of the polymeric piezoelectric material of description.
Tg−40 ° C. ≦ T ≦ Tg + 40 ° C.
(Tg represents the glass transition temperature of the helical chiral polymer.)
[12] In a first step of obtaining the pre-crystallized sheet, an amorphous sheet containing polylactic acid as the helical chiral polymer is heated at 20 ° C. to 170 ° C. for 5 seconds to 60 minutes. [10] Or the manufacturing method of the polymeric piezoelectric material as described in [11].
[13] The method for producing a polymeric piezoelectric material according to any one of [10] to [12], wherein annealing is performed after the second step.

本発明によれば、圧電定数d14が大きく、透明性に優れ、縦裂強度の低下が抑制された高分子圧電材料及びその製造方法を提供することができる。According to the present invention, large piezoelectric constant d 14 is excellent in transparency, longitudinal tear strength polymeric piezoelectric material decrease is suppressed in and a manufacturing method thereof can be provided.

本発明の高分子圧電材料は、重量平均分子量が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子(以下、「光学活性高分子」ともいう)を含み、DSC法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、かつ、マイクロ波透過型分子配向計で測定される基準厚さを50μmとしたときの規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積が25〜250である。
圧電材料を上記構成とすることで、圧電定数d14が大きく、透明性に優れ、縦裂強度(特定方向についての引裂強さ)の低下が抑制された高分子圧電材料とすることができる。
より詳細には、上記構成の高分子圧電材料では、結晶化度を20%〜80%の範囲とし、かつ、前記MORcと前記結晶化度との積を25〜250とすることにより、高い圧電性(大きい圧電定数d14)及び高い透明性を維持したまま、縦裂強度(特定方向についての引裂強さ)が低下する現象を抑制できる。
The polymeric piezoelectric material of the present invention includes a helical chiral polymer having optical activity with a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 (hereinafter also referred to as “optically active polymer”), and is crystallized by a DSC method. The product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity is 25 to 250 when the degree is 20% to 80% and the reference thickness measured by the microwave transmission type molecular orientation meter is 50 μm. is there.
The piezoelectric material by the above structure, large piezoelectric constant d 14 is excellent in transparency, longitudinal tear strength can be a polymeric piezoelectric material decrease is suppressed in the (tear strength of the specific direction).
More specifically, in the polymer piezoelectric material having the above-described configuration, the crystallinity is in the range of 20% to 80%, and the product of the MORc and the crystallinity is 25 to 250. While maintaining the property (large piezoelectric constant d 14 ) and high transparency, it is possible to suppress a phenomenon in which the longitudinal crack strength (the tear strength in a specific direction) decreases.

本明細書中では、特定方向についての引裂強さが低下することを「縦裂強度が低下する」ということがあり、特定方向についての引裂強さが低い状態を「縦裂強度が低い」ということがある。
また、本明細書中では、特定方向についての引裂強さが低下する現象が抑制されることを「縦裂強度が向上する」ということがあり、特定方向についての引裂強さが低下する現象が抑制された状態を「縦裂強度が高い」または「縦裂強度に優れる」ということがある。
In the present specification, a decrease in tear strength in a specific direction is sometimes referred to as “longitudinal tear strength decreases”, and a state in which the tear strength in a specific direction is low is referred to as “longitudinal tear strength is low”. Sometimes.
In addition, in this specification, the phenomenon in which the tear strength in a specific direction is suppressed is sometimes referred to as “longitudinal tear strength is improved”, and the phenomenon in which the tear strength in a specific direction is decreased The suppressed state is sometimes referred to as “high longitudinal crack strength” or “excellent longitudinal crack strength”.

本実施形態において、「圧電定数d14」とは、圧電率のテンソルの一つであり、延伸した材料の延伸軸方向にずり応力を印加したとき、ずり応力の方向に生じた分極の程度から求める。具体的には、単位ずり応力あたりの発生電荷密度をd14と定義する。圧電定数d14の数値が大きいほど圧電性が高いことを表す。本明細書中において、単に『圧電定数』と称するときは、「圧電定数d14」を指す。In the present embodiment, the “piezoelectric constant d 14 ” is one of the tensors of the piezoelectric constant, and is based on the degree of polarization generated in the direction of the shear stress when a shear stress is applied in the direction of the stretching axis of the stretched material. Ask. Specifically, the generated charge density per unit shear stress is defined as d 14. Numerical piezoelectric constant d 14 indicating that piezoelectricity is higher the larger. In the present specification, when simply referred to as “piezoelectric constant”, it means “piezoelectric constant d 14 ”.

ここで、圧電定数d14は、以下の方法で算出される値である。
すなわち、延伸方向に対して、斜め45°の方向を長手方向とした矩形フィルムを試験片とする。この試験片の主面の表裏全面に電極層を設け、この電極に印加電圧E(V)を加えたとき、フィルムの長手方向の歪量をXとする。印加電圧E(V)をフィルムの厚さt(m)で割った値を電界強度E(V/m)とし、E(V)印加したときのフィルムの長手方向の歪量をXとしたとき、d14は、2×歪量X/電界強度E(V/m)で定義される値である。
Here, the piezoelectric constant d 14 is the value calculated by the following method.
That is, a rectangular film having a longitudinal direction at an angle of 45 ° with respect to the stretching direction is used as a test piece. An electrode layer is provided on the entire front and back of the main surface of the test piece, and when an applied voltage E (V) is applied to the electrode, the amount of strain in the longitudinal direction of the film is X. The value obtained by dividing the applied voltage E (V) by the film thickness t (m) is the electric field strength E (V / m), and the amount of strain in the longitudinal direction of the film when E (V) is applied is X. , d 14 is the value defined by 2 × strain amount X / field strength E (V / m).

また、複素圧電率d14は、「d14=d14’―id14’’」として算出され、「d14’」と「id14’’」は東洋精機製作所社製「レオログラフソリッドS−1型」より得られる。「d14’」は、複素圧電率の実数部を表し、「id14’’」は、複素圧電率の虚数部を表し、d14’(複素圧電率の実数部)は本実施形態における圧電定数d14に相当する。尚、複素圧電率の実数部が高いほど圧電性に優れることを示す。
圧電定数d14には変位法で測定されるもの(単位:pm/V)と、共振法により測定されるもの(単位:pC/N)とがある。
The complex piezoelectric constant d 14 is calculated as “d 14 = d 14 ′ −id 14 ″”, and “d 14 ′” and “id 14 ″” are “Rheograph Solid S manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. -1 type ". “D 14 ′” represents the real part of the complex piezoelectric constant, “id 14 ″” represents the imaginary part of the complex piezoelectric constant, and d 14 ′ (real part of the complex piezoelectric constant) represents the piezoelectric in the present embodiment. corresponding to the constant d 14. In addition, it shows that it is excellent in piezoelectricity, so that the real part of complex piezoelectricity is high.
The piezoelectric constant d 14 includes one measured by a displacement method (unit: pm / V) and one measured by a resonance method (unit: pC / N).

〔光学活性を有するヘリカルキラル高分子〕
光学活性を有するヘリカルキラル高分子とは、分子構造が螺旋構造である分子光学活性を有する高分子をいう。
以下、重量平均分子量が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子を、「光学活性高分子」ともいう。
光学活性高分子としては、例えば、ポリペプチド、セルロース、セルロース誘導体、ポリ乳酸系樹脂、ポリプロピレンオキシド、ポリ(β―ヒドロキシ酪酸)等を挙げることができる。前記ポリペプチドとしては、例えば、ポリ(グルタル酸γ−ベンジル)、ポリ(グルタル酸γ−メチル)等が挙げられる。前記セルロース誘導体としては、例えば、酢酸セルロース、シアノエチルセルロース等が挙げられる。
[Helical chiral polymer with optical activity]
The helical chiral polymer having optical activity refers to a polymer having molecular optical activity in which the molecular structure is a helical structure.
Hereinafter, the helical chiral polymer having optical activity having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 is also referred to as “optically active polymer”.
Examples of the optically active polymer include polypeptides, cellulose, cellulose derivatives, polylactic acid resins, polypropylene oxide, poly (β-hydroxybutyric acid), and the like. Examples of the polypeptide include poly (glutarate γ-benzyl), poly (glutarate γ-methyl), and the like. Examples of the cellulose derivative include cellulose acetate and cyanoethyl cellulose.

光学活性高分子は、高分子圧電材料の圧電性を向上する観点から、光学純度が95.00%ee以上であることが好ましく、99.00%ee以上であることがより好ましく、99.99%ee以上であることがさらに好ましい。望ましくは100.00%eeである。光学活性高分子の光学純度を上記範囲とすることで、圧電性を発現する高分子結晶のパッキング性が高くなり、その結果、圧電性が高くなるものと考えられる。   The optically active polymer preferably has an optical purity of 95.00% ee or higher, more preferably 99.00% ee or higher, from the viewpoint of improving the piezoelectricity of the polymeric piezoelectric material. More preferably, it is% ee or more. Desirably, it is 100.00% ee. By setting the optical purity of the optically active polymer within the above range, it is considered that the packing property of the polymer crystal that exhibits piezoelectricity is enhanced, and as a result, the piezoelectricity is enhanced.

本実施形態において、光学活性高分子の光学純度は、下記式にて算出した値である。
光学純度(%ee)=100×|L体量−D体量|/(L体量+D体量)
すなわち、『「光学活性高分子のL体の量〔質量%〕と光学活性高分子のD体の量〔質量%〕との量差(絶対値)」を「光学活性高分子のL体の量〔質量%〕と光学活性高分子のD体の量〔質量%〕との合計量」で割った(除した)数値』に、『100』をかけた(乗じた)値を、光学純度とする。
In the present embodiment, the optical purity of the optically active polymer is a value calculated by the following formula.
Optical purity (% ee) = 100 × | L body weight−D body weight | / (L body weight + D body weight)
That is, “the amount difference (absolute value) between the amount of L-form [mass%] of optically active polymer and the amount of D-form [mass%] of optically active polymer” is expressed as The value obtained by multiplying (multiplying) the value obtained by dividing (dividing) the amount [mass%] by the total amount of the amount [mass%] of the optically active polymer D-form [mass%] and multiplying it by 100 And

なお、光学活性高分子のL体の量〔質量%〕と光学活性高分子のD体の量〔質量%〕は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いた方法により得られる値を用いる。具体的な測定の詳細については後述する。   In addition, the value obtained by the method using a high performance liquid chromatography (HPLC) is used for the quantity [mass%] of the L body of an optically active polymer and the quantity [mass%] of the D body of an optically active polymer. Details of the specific measurement will be described later.

以上の光学活性高分子の中でも、光学純度を上げ、圧電性を向上させる観点から、下記式(1)で表される繰り返し単位を含む主鎖を有する化合物が好ましい。   Among the above optically active polymers, a compound having a main chain containing a repeating unit represented by the following formula (1) is preferable from the viewpoint of increasing optical purity and improving piezoelectricity.

前記式(1)で表される繰り返し単位を主鎖とする化合物としては、ポリ乳酸系樹脂が挙げられる。中でも、ポリ乳酸が好ましく、L−乳酸のホモポリマー(PLLA)またはD−乳酸のホモポリマー(PDLA)が最も好ましい。   Examples of the compound having the repeating unit represented by the formula (1) as a main chain include polylactic acid resins. Among them, polylactic acid is preferable, and L-lactic acid homopolymer (PLLA) or D-lactic acid homopolymer (PDLA) is most preferable.

前記ポリ乳酸系樹脂とは、「ポリ乳酸」、「L−乳酸またはD−乳酸と、共重合可能な多官能性化合物とのコポリマー」、又は、両者の混合物をいう。前記「ポリ乳酸」は、乳酸がエステル結合によって重合し、長く繋がった高分子であり、ラクチドを経由するラクチド法と、溶媒中で乳酸を減圧下加熱し、水を取り除きながら重合させる直接重合法などによって製造できることが知られている。前記「ポリ乳酸」としては、L−乳酸のホモポリマー、D−乳酸のホモポリマー、L−乳酸およびD−乳酸の少なくとも一方の重合体を含むブロックコポリマー、及び、L−乳酸およびD−乳酸の少なくとも一方の重合体を含むグラフトコポリマーが挙げられる。   The polylactic acid-based resin refers to “polylactic acid”, “copolymer of L-lactic acid or D-lactic acid and a copolymerizable polyfunctional compound”, or a mixture of both. The above-mentioned “polylactic acid” is a polymer in which lactic acid is polymerized by an ester bond and is connected for a long time, a lactide method via lactide, and a direct polymerization method in which lactic acid is heated in a solvent under reduced pressure and polymerized while removing water. It is known that it can be manufactured by, for example. Examples of the “polylactic acid” include L-lactic acid homopolymer, D-lactic acid homopolymer, block copolymer including at least one polymer of L-lactic acid and D-lactic acid, and L-lactic acid and D-lactic acid. Examples include graft copolymers containing at least one polymer.

前記「共重合可能な多官能性化合物」としては、グリコール酸、ジメチルグリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシプロパン酸、3−ヒドロキシプロパン酸、2−ヒドロキシ吉草酸、3−ヒドロキシ吉草酸、4−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、2−ヒドロキシカプロン酸、3−ヒドロキシカプロン酸、4−ヒドロキシカプロン酸、5−ヒドロキシカプロン酸、6−ヒドロキシカプロン酸、6−ヒドロキシメチルカプロン酸、マンデル酸等のヒドロキシカルボン酸、グリコリド、β−メチル−δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等の環状エステル、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、テレフタル酸等の多価カルボン酸、及びこれらの無水物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、テトラメチレングリコール、1,4−ヘキサンジメタノール等の多価アルコール、セルロース等の多糖類、及び、α−アミノ酸等のアミノカルボン酸等を挙げることができる。   Examples of the “copolymerizable polyfunctional compound” include glycolic acid, dimethyl glycolic acid, 3-hydroxybutyric acid, 4-hydroxybutyric acid, 2-hydroxypropanoic acid, 3-hydroxypropanoic acid, 2-hydroxyvaleric acid, 3 -Hydroxyvaleric acid, 4-hydroxyvaleric acid, 5-hydroxyvaleric acid, 2-hydroxycaproic acid, 3-hydroxycaproic acid, 4-hydroxycaproic acid, 5-hydroxycaproic acid, 6-hydroxycaproic acid, 6-hydroxy Hydroxycarboxylic acids such as methyl caproic acid and mandelic acid, glycolides, cyclic esters such as β-methyl-δ-valerolactone, γ-valerolactone, and ε-caprolactone, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid , Pimelic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, Polycarboxylic acids such as candioic acid and terephthalic acid, and anhydrides thereof, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1 , 4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,9-nonanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, neopentyl glycol, tetra Examples thereof include polyhydric alcohols such as methylene glycol and 1,4-hexanedimethanol, polysaccharides such as cellulose, and aminocarboxylic acids such as α-amino acids.

前記「L−乳酸またはD−乳酸と、共重合可能な多官能性化合物とのコポリマー」としては、らせん結晶を生成可能なポリ乳酸シーケンスを有する、ブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーが挙げられる。   Examples of the “copolymer of L-lactic acid or D-lactic acid and a copolymerizable polyfunctional compound” include a block copolymer or a graft copolymer having a polylactic acid sequence capable of forming a helical crystal.

また、光学活性高分子中のコポリマー成分に由来する構造の濃度は20mol%以下であることが好ましい。例えば、光学活性高分子がポリ乳酸系高分子の場合、ポリ乳酸系高分子中の乳酸に由来する構造と、乳酸と共重合可能な化合物(コポリマー成分)に由来する構造と、のモル数の合計に対して、前記コポリマー成分が20mol%以下であることが好ましい。   The concentration of the structure derived from the copolymer component in the optically active polymer is preferably 20 mol% or less. For example, when the optically active polymer is a polylactic acid polymer, the number of moles of the structure derived from lactic acid in the polylactic acid polymer and the structure derived from a compound copolymerizable with lactic acid (copolymer component) It is preferable that the copolymer component is 20 mol% or less based on the total.

前記光学活性高分子(例えばポリ乳酸系樹脂)は、例えば、特開昭59−096123号公報、及び特開平7−033861号公報に記載されている乳酸を直接脱水縮合して得る方法や、米国特許2,668,182号及び4,057,357号等に記載されている乳酸の環状二量体であるラクチドを用いて開環重合させる方法などにより製造することができる。
さらに、前記の各製造方法により得られた光学活性高分子(例えばポリ乳酸系樹脂)は、光学純度を95.00%ee以上とするために、例えば、ポリ乳酸をラクチド法で製造する場合、晶析操作により光学純度を95.00%ee以上の光学純度に向上させたラクチドを、重合することが好ましい。
The optically active polymer (for example, polylactic acid-based resin) is obtained by, for example, a method obtained by directly dehydrating and condensing lactic acid described in JP-A-59-096123 and JP-A-7-033861. It can be produced by a ring-opening polymerization method using lactide, which is a cyclic dimer of lactic acid, described in Patents 2,668,182 and 4,057,357.
Furthermore, the optically active polymer (for example, polylactic acid-based resin) obtained by each of the above production methods has an optical purity of 95.00% ee or more, for example, when polylactic acid is produced by the lactide method, It is preferable to polymerize lactide whose optical purity is improved to 95.00% ee or higher by crystallization operation.

〔光学活性高分子の重量平均分子量〕
本実施形態に係る光学活性高分子は、重量平均分子量(Mw)が、5万〜100万である。光学活性高分子の重量平均分子量の下限が、5万未満であると光学活性高分子を成型体としたときの機械的強度が不十分となる。光学活性高分子の重量平均分子量の下限は、10万以上であることが好ましく、15万以上であることがさらに好ましい。一方、光学活性高分子の重量平均分子量の上限が100万を超えると、光学活性高分子を成形すること(例えば、押出成型などによりフィルム形状などに成形すること)が難しくなる。
重量平均分子量の上限は、80万以下であることが好ましく、30万以下であることがさらに好ましい。
また、前記光学活性高分子の分子量分布(Mw/Mn)は、高分子圧電材料の強度の観点から、1.1〜5であることが好ましく、1.2〜4であることがより好ましい。さらに1.4〜3であることが好ましい。なお、ポリ乳酸系高分子の重量平均分子量Mwと、分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)を用い、下記GPC測定方法により、測定される。
[Weight average molecular weight of optically active polymer]
The optically active polymer according to this embodiment has a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 1,000,000. If the lower limit of the weight average molecular weight of the optically active polymer is less than 50,000, the mechanical strength when the optically active polymer is molded is insufficient. The lower limit of the weight average molecular weight of the optically active polymer is preferably 100,000 or more, and more preferably 150,000 or more. On the other hand, when the upper limit of the weight average molecular weight of the optically active polymer exceeds 1,000,000, it becomes difficult to mold the optically active polymer (for example, to form a film shape by extrusion molding or the like).
The upper limit of the weight average molecular weight is preferably 800,000 or less, and more preferably 300,000 or less.
The molecular weight distribution (Mw / Mn) of the optically active polymer is preferably 1.1 to 5, and more preferably 1.2 to 4, from the viewpoint of the strength of the polymer piezoelectric material. Furthermore, it is preferable that it is 1.4-3. The weight average molecular weight Mw and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polylactic acid polymer are measured by gel permeation chromatography (GPC) by the following GPC measurement method.

−GPC測定装置−
Waters社製GPC−100
−カラム−
昭和電工社製、Shodex LF−804
−サンプルの調製−
ポリ乳酸系高分子を40℃で溶媒(例えば、クロロホルム)へ溶解させ、濃度1mg/mlのサンプル溶液を準備する。
−測定条件−
サンプル溶液0.1mlを溶媒〔クロロホルム〕、温度40℃、1ml/分の流速でカラムに導入する。
-GPC measuring device-
Waters GPC-100
-Column-
Made by Showa Denko KK, Shodex LF-804
-Sample preparation-
A polylactic acid polymer is dissolved in a solvent (for example, chloroform) at 40 ° C. to prepare a sample solution having a concentration of 1 mg / ml.
-Measurement conditions-
0.1 ml of the sample solution is introduced into the column at a solvent [chloroform], a temperature of 40 ° C., and a flow rate of 1 ml / min.

カラムで分離されたサンプル溶液中のサンプル濃度を示差屈折計で測定する。ポリスチレン標準試料にてユニバーサル検量線を作成し、ポリ乳酸系高分子の重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)を算出する。   The sample concentration in the sample solution separated by the column is measured with a differential refractometer. A universal calibration curve is created with a polystyrene standard sample, and the weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polylactic acid polymer are calculated.

ポリ乳酸系高分子は、市販のポリ乳酸を用いてもよい。市販のポリ乳酸としては、例えば、PURAC社製のPURASORB(PD、PL)、三井化学社製のLACEA(H−100、H−400)、NatureWorks社製Ingeo4032D、4043D等が挙げられる。   Commercially available polylactic acid may be used as the polylactic acid polymer. Examples of commercially available polylactic acid include PURASORB (PD, PL) manufactured by PURAC, LACEA (H-100, H-400) manufactured by Mitsui Chemicals, Ingeo 4032D, 4043D manufactured by NatureWorks, and the like.

光学活性高分子としてポリ乳酸系樹脂を用いるとき、ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量(Mw)を5万以上とするためには、ラクチド法、または直接重合法により光学活性高分子を製造することが好ましい。   When a polylactic acid resin is used as the optically active polymer, the optically active polymer should be produced by the lactide method or the direct polymerization method in order to increase the weight average molecular weight (Mw) of the polylactic acid resin to 50,000 or more. Is preferred.

本実施形態に係る高分子圧電材料は、既述の光学活性高分子を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
本実施形態に係る高分子圧電材料において、光学活性高分子の含有量(2種以上である場合には総含有量。以下同じ。)には特に制限はないが、高分子圧電材料全質量中に対して、80質量%以上であることが好ましい。
上記含有量が80質量%以上であることにより、圧電定数がより大きくなる傾向がある。
The polymeric piezoelectric material according to this embodiment may contain only one kind of the optically active polymer described above, or may contain two or more kinds.
In the polymeric piezoelectric material according to the present embodiment, the content of the optically active polymer (the total content when there are two or more types; the same shall apply hereinafter) is not particularly limited, but is within the total mass of the polymeric piezoelectric material. It is preferable that it is 80 mass% or more.
When the content is 80% by mass or more, the piezoelectric constant tends to be larger.

〔その他の成分〕
本実施形態の高分子圧電材料は、本実施形態の効果を損なわない限度において、既述の光学活性高分子以外のその他の成分(例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン樹脂やポリスチレン樹脂に代表される公知の樹脂や、シリカ、ヒドロキシアパタイト、モンモリロナイト等の無機フィラー、フタロシアニン等の公知の結晶核剤等)を含有していてもよい。
また、本実施形態の高分子圧電材料は、加水分解などによる構造変化をより抑制する観点から、カルボジライト(登録商標)に代表されるカルボジイミド化合物などの安定化剤を含むのが好ましい。
また、本実施形態の高分子圧電材料は、本実施形態の効果を損なわない限度において、既述の光学活性高分子(即ち、重量平均分子量(Mw)が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子)以外のヘリカルキラル高分子を含んでいてもよい。
[Other ingredients]
The polymer piezoelectric material of the present embodiment is a known component represented by other components (for example, polyvinylidene fluoride, polyethylene resin, and polystyrene resin) other than the optically active polymer described above, as long as the effects of the present embodiment are not impaired. Or a known crystal nucleating agent such as phthalocyanine, or the like, or a silica, hydroxyapatite, montmorillonite, or the like.
Moreover, it is preferable that the polymeric piezoelectric material of this embodiment contains stabilizers, such as a carbodiimide compound represented by the carbodilite (trademark) from a viewpoint of suppressing the structural change by hydrolysis etc. more.
In addition, the polymeric piezoelectric material of the present embodiment has the above-described optically active polymer (that is, an optical activity having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 1,000,000) as long as the effects of the present embodiment are not impaired. A helical chiral polymer other than the helical chiral polymer may be included.

−無機フィラー−
本実施形態の高分子圧電材料は、無機フィラーを少なくとも1種含有していてもよい。
例えば、高分子圧電材料を、気泡等のボイドの発生を抑えた透明なフィルムとするために、高分子圧電材料中に、ヒドロキシアパタイト等の無機フィラーをナノ分散してもよいが、無機フィラーをナノ分散させるためには、凝集塊の解砕に大きなエネルギーが必要であり、また、無機フィラーがナノ分散しない場合、フィルムの透明度が低下する場合がある。従って、本実施形態に係る高分子圧電材料が無機フィラーを含有するときは、高分子圧電材料全質量に対する無機フィラーの含有量は、1質量%未満とすることが好ましい。 なお、高分子圧電材料が光学活性高分子以外の成分を含む場合、光学活性高分子以外の成分の含有量は、高分子圧電材料全質量中に対して、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。
-Inorganic filler-
The polymeric piezoelectric material of this embodiment may contain at least one inorganic filler.
For example, an inorganic filler such as hydroxyapatite may be nano-dispersed in the polymer piezoelectric material in order to make the polymer piezoelectric material a transparent film in which the generation of voids such as bubbles is suppressed. In order to make nano-dispersion, a large energy is required for crushing the aggregate, and when the inorganic filler is not nano-dispersed, the transparency of the film may be lowered. Therefore, when the polymeric piezoelectric material according to the present embodiment contains an inorganic filler, the content of the inorganic filler with respect to the total mass of the polymeric piezoelectric material is preferably less than 1% by mass. When the polymer piezoelectric material contains a component other than the optically active polymer, the content of the component other than the optically active polymer is preferably 20% by mass or less based on the total mass of the polymer piezoelectric material. More preferably, it is 10 mass% or less.

−結晶促進剤(結晶核剤)−
本実施形態の高分子圧電材料は、結晶促進剤(結晶核剤)を少なくとも1種含有していてもよい。
結晶促進剤(結晶核剤)としては、結晶化促進の効果が認められるものであれば、特に限定されないが、光学活性高分子の結晶格子の面間隔に近い面間隔を持つ結晶構造を有する物質を選択することが望ましい。面間隔が近い物質ほど核剤としての効果が高いからである。例えば、光学活性高分子としてポリ乳酸系樹脂を用いた場合、有機系物質であるフェニルスルホン酸亜鉛、ポリリン酸メラミン、メラミンシアヌレート、フェニルホスホン酸亜鉛、フェニルホスホン酸カルシウム、フェニルホスホン酸マグネシウム、無機系物質のタルク、クレー等が挙げられる。それらのうちでも、最も面間隔がポリ乳酸の面間隔に類似し、良好な結晶形成促進効果が得られるフェニルホスホン酸亜鉛が好ましい。なお、使用する結晶促進剤は、市販されているものを用いることができる。具体的には例えば、フェニルホスホン酸亜鉛;エコプロモート(日産化学工業(株)製)等が挙げられる。
-Crystal accelerator (crystal nucleating agent)-
The polymeric piezoelectric material of the present embodiment may contain at least one crystallization accelerator (crystal nucleating agent).
The crystal accelerator (crystal nucleator) is not particularly limited as long as the effect of promoting crystallization is recognized, but is a substance having a crystal structure having a face spacing close to the face spacing of the crystal lattice of the optically active polymer. It is desirable to select. This is because a substance with a close spacing is more effective as a nucleating agent. For example, when polylactic acid resin is used as the optically active polymer, organic materials such as zinc phenylsulfonate, melamine polyphosphate, melamine cyanurate, zinc phenylphosphonate, calcium phenylphosphonate, magnesium phenylphosphonate, inorganic Examples thereof include talc and clay. Among them, zinc phenylphosphonate is most preferable because the face spacing is most similar to the face spacing of polylactic acid and provides a good crystal formation promoting effect. In addition, the commercially available crystal accelerator can be used. Specific examples include zinc phenylphosphonate; Eco Promote (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) and the like.

結晶核剤の含有量は、光学活性高分子100重量部に対して通常0.01〜1.0重量部、好ましくは0.01〜0.5重量部、より良好な結晶促進効果とバイオマス度維持の観点から特に好ましくは0.02〜0.2重量部である。
結晶核剤の上記含有量が0.01重量部以上であると、結晶促進の効果がより効果的に得られる。結晶核剤の上記含有量が1.0重量部未満であると、結晶化速度をより制御しやすい。
The content of the crystal nucleating agent is usually 0.01 to 1.0 part by weight, preferably 0.01 to 0.5 part by weight, based on 100 parts by weight of the optically active polymer. The amount is particularly preferably 0.02 to 0.2 parts by weight from the viewpoint of maintenance.
When the content of the crystal nucleating agent is 0.01 parts by weight or more, the effect of promoting crystallization can be obtained more effectively. When the content of the crystal nucleating agent is less than 1.0 part by weight, the crystallization rate can be more easily controlled.

なお、高分子圧電材料は、透明性の観点からは、光学活性を有するヘリカルキラル高分子以外の成分を含まないことが好ましい。   In addition, it is preferable that a polymeric piezoelectric material does not contain components other than the helical chiral polymer | macromolecule which has optical activity from a transparency viewpoint.

〔構造〕
本実施形態の高分子圧電材料中では、光学活性高分子が配向している。
この配向を表す指標として、「分子配向度MOR」がある。分子配向度MOR(Molecular Orientation Ratio)は、分子の配向の度合いを示す値であり、以下のようなマイクロ波測定法により測定される。すなわち、試料(フィルム)を、周知のマイクロ波分子配向度測定装置(マイクロ波透過型分子配向計ともいう)のマイクロ波共振導波管中に、マイクロ波の進行方向に前記試料面(フィルム面)が垂直になるように配置する。そして、振動方向が一方向に偏ったマイクロ波を試料に連続的に照射した状態で、試料をマイクロ波の進行方向と垂直な面内で0〜360°回転させて、試料を透過したマイクロ波強度を測定することにより分子配向度MORを求める。
〔Construction〕
In the polymer piezoelectric material of the present embodiment, the optically active polymer is oriented.
As an index representing this orientation, there is a “molecular orientation degree MOR”. The molecular orientation degree MOR (Molecular Orientation Ratio) is a value indicating the degree of molecular orientation, and is measured by the following microwave measurement method. That is, the sample surface (film surface) is placed in a microwave resonant waveguide of a well-known microwave molecular orientation measuring apparatus (also referred to as a microwave transmission type molecular orientation meter) in the microwave traveling direction. ) To be vertical. Then, in a state where the sample is continuously irradiated with the microwave whose vibration direction is biased in one direction, the sample is rotated by 0 to 360 ° in a plane perpendicular to the traveling direction of the microwave, and the microwave transmitted through the sample is transmitted. The degree of molecular orientation MOR is determined by measuring the strength.

本実施形態における規格化分子配向MORcとは、基準厚さtcを50μmとしたときのMOR値であって、下記式により求めることができる。
MORc = (tc/t)×(MOR−1)+1
(tc:補正したい基準厚さ、t:試料厚さ)
規格化分子配向MORcは、公知の分子配向計、例えば王子計測機器株式会社製マイクロ波方式分子配向計MOA−2012AやMOA−6000等により、4GHzもしくは12GHz近傍の共振周波数で測定することができる。
The normalized molecular orientation MORc in the present embodiment is a MOR value when the reference thickness tc is 50 μm, and can be obtained by the following equation.
MORc = (tc / t) × (MOR-1) +1
(Tc: reference thickness to be corrected, t: sample thickness)
The normalized molecular orientation MORc can be measured with a known molecular orientation meter such as a microwave molecular orientation meter MOA-2012A or MOA-6000 manufactured by Oji Scientific Instruments Co., Ltd., at a resonance frequency in the vicinity of 4 GHz or 12 GHz.

また、規格化分子配向MORcは、高分子圧電材料を製造する際の結晶化の条件(例えば、加熱温度および加熱時間)及び延伸の条件(例えば、延伸温度および延伸速度)によって制御されうる。   In addition, the normalized molecular orientation MORc can be controlled by the crystallization conditions (for example, heating temperature and heating time) and the stretching conditions (for example, stretching temperature and stretching speed) in producing the polymeric piezoelectric material.

なお、規格化分子配向MORcは、位相差量(レターデーション)をフィルムの厚さで除した複屈折率Δnに変換することもできる。
具体的には、レターデーションは大塚電子株式会社製RETS100を用いて測定することができる。またMORcとΔnとは大凡、直線的な比例関係にあり、かつΔnが0の場合、MORcは1になる。
The normalized molecular orientation MORc can be converted into a birefringence Δn obtained by dividing the retardation amount (retardation) by the thickness of the film.
Specifically, retardation can be measured using RETS100 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. MORc and Δn are approximately in a linear proportional relationship, and when Δn is 0, MORc is 1.

<高分子圧電材料の物性>
本実施形態に係る高分子圧電材料は、圧電定数が大きく(25℃において変位法で測定した圧電定数d14が、好ましくは1pm/V以上)、透明性、縦裂強度に優れる。
<Physical properties of polymer piezoelectric material>
Polymeric piezoelectric material according to this embodiment, the piezoelectric constant is increased (piezoelectric constant d 14 measured by a displacement method at 25 ° C. is preferably 1 Pm/V or more), excellent transparency, longitudinal tear strength.

〔圧電定数(変位法)〕
本実施形態において、高分子圧電材料の圧電定数は、次のようにして測定される値をいう。
まず、高分子圧電材料を、延伸方向(MD方向)に40mm、延伸方向に直交する方向(TD方向)に40mmでそれぞれカットして、矩形の試験片を作製する。次に、アルバック社製スパッタ薄膜形成装置JSP−8000の試験台に、得られた試験片をセットし、ロータリーポンプによりコータチャンバー内を真空状態(例えば、10−3Pa以下)にする。その後、Ag(銀)ターゲットに、印加電圧280V、スパッタリング電流0.4A)の条件で、試験片の一方の面に500秒間スパッタリング処理をする。次いで、試験片の他方の面を、同様の条件で500秒間スパッタリング処理をして、試験片の両面にAgを被覆し、Agの導電層を形成する。
[Piezoelectric constant (displacement method)]
In the present embodiment, the piezoelectric constant of the polymeric piezoelectric material is a value measured as follows.
First, the polymeric piezoelectric material is cut at 40 mm in the stretching direction (MD direction) and 40 mm in the direction orthogonal to the stretching direction (TD direction) to produce a rectangular test piece. Next, the obtained test piece is set on a test stand of a sputtering thin film forming apparatus JSP-8000 manufactured by ULVAC, and the coater chamber is evacuated (for example, 10 −3 Pa or less) by a rotary pump. Thereafter, sputtering is performed on one surface of the test piece for 500 seconds on an Ag (silver) target under the conditions of an applied voltage of 280 V and a sputtering current of 0.4 A). Next, the other surface of the test piece is sputtered for 500 seconds under the same conditions to coat Ag on both sides of the test piece to form an Ag conductive layer.

両面にAgの導電層が形成された40mm×40mmの試験片(高分子圧電材料)を、高分子圧電材料の延伸方向(MD方向)に対して45°なす方向に32mm、45°なす方向に直交する方向に5mmにカットして、32mm×5mmの矩形のフィルムを切り出す。これを、圧電定数測定用サンプルとする。   A 40 mm × 40 mm test piece (polymer piezoelectric material) having an Ag conductive layer formed on both sides is formed in a direction of 45 mm and a direction of 45 ° with respect to the stretching direction (MD direction) of the polymer piezoelectric material. Cut to 5 mm in an orthogonal direction, and cut out a rectangular film of 32 mm × 5 mm. This is a piezoelectric constant measurement sample.

得られたサンプルに、10Hz、300Vppの正弦波の交流電圧を印加したときの、フィルムの変位の最大値と最小値の差分距離を、キーエンス社製レーザ分光干渉型変位計SI−1000により計測する。
計測した変位量(mp−p)を、フィルムの基準長30mmで割った値を歪量とし、この歪量をフィルムに印加した電界強度((印加電圧(V))/(フィルム厚))で割った値に2を乗じた値を圧電定数d14とする。
The difference distance between the maximum value and the minimum value of the displacement of the film when a sinusoidal AC voltage of 10 Hz and 300 Vpp is applied to the obtained sample is measured with a laser spectral interference displacement meter SI-1000 manufactured by Keyence Corporation. .
The value obtained by dividing the measured displacement (mp-p) by the reference length of the film 30 mm is used as the amount of strain, and the amount of strain is expressed by the electric field intensity ((applied voltage (V)) / (film thickness)) applied to the film. the value obtained by multiplying 2 to the value obtained by dividing a piezoelectric constant d 14.

圧電定数は高ければ高いほど、高分子圧電材料に印加される電圧に対する前記材料の変位、逆に高分子圧電材料に印加される力に対し発生する電圧が大きくなり、高分子圧電材料としては有用である。
具体的には、25℃における変位法で測定した圧電定数d14は1pm/V以上が好ましく、3pm/V以上がより好ましく、4pm/V以上がさらに好ましい。また圧電定数の上限は特に限定されないが、後述する透明性などのバランスの観点からは、ヘリカルキラル高分子を用いた圧電材料では50pm/V以下が好ましく、30pm/V以下がより好ましい。
また、同様に透明性とのバランスの観点からは共振法で測定した圧電定数d14が15pC/N以下であることが好ましい。
The higher the piezoelectric constant, the greater the displacement of the material with respect to the voltage applied to the polymer piezoelectric material, and conversely the greater the voltage generated against the force applied to the polymer piezoelectric material, which is useful as a polymer piezoelectric material. It is.
Specifically, is preferably at least 1 Pm/V piezoelectric constant d 14 is measured by a displacement method at 25 ° C., more preferably at least 3pm / V, more preferably not less than 4pm / V. The upper limit of the piezoelectric constant is not particularly limited, but from the viewpoint of balance such as transparency described later, the piezoelectric material using the helical chiral polymer is preferably 50 pm / V or less, and more preferably 30 pm / V or less.
From the viewpoint of the balance with similarly transparency is preferably a piezoelectric constant d 14 measured by a resonance method is not more than 15pC / N.

なお、本明細書中において、「MD方向」とはフィルムの流れる方向(Machine Direction)であり、「TD方向」とは、前記MD方向と直交し、フィルムの主面と平行な方向(Transverse Direction)である。   In the present specification, the “MD direction” is a direction in which the film flows (Machine Direction), and the “TD direction” is a direction perpendicular to the MD direction and parallel to the main surface of the film (Transverse Direction). ).

〔結晶化度〕
高分子圧電材料の結晶化度は、DSC法によって求められるものであり、本実施形態の高分子圧電材料の結晶化度は20%〜80%であり、30%〜70%が好ましい。前記範囲に結晶化度があれば、高分子圧電材料の圧電性、透明性、縦裂強度のバランスがよく、また高分子圧電材料を延伸するときに、白化や破断がおきにくく製造しやすい。
具体的には、結晶化度が20%未満であると、圧電性が低下する傾向がある。
また、結晶化度が80%を超えると、縦裂強度及び透明性が低下する傾向がある。
前記結晶化度は、縦裂強度及び透明性をより向上させる観点より、40.8%以下が更に好ましく、40.0%以下が特に好ましい。
[Crystallinity]
The crystallinity of the polymer piezoelectric material is determined by the DSC method, and the crystallinity of the polymer piezoelectric material of the present embodiment is 20% to 80%, preferably 30% to 70%. When the crystallinity is within the above range, the piezoelectricity, transparency, and longitudinal tear strength of the polymeric piezoelectric material are well balanced, and when the polymeric piezoelectric material is stretched, whitening and breakage are unlikely to occur and it is easy to manufacture.
Specifically, when the crystallinity is less than 20%, the piezoelectricity tends to decrease.
On the other hand, if the crystallinity exceeds 80%, the longitudinal crack strength and transparency tend to decrease.
The crystallinity is more preferably 40.8% or less, and particularly preferably 40.0% or less, from the viewpoint of further improving the longitudinal crack strength and transparency.

本実施形態では、例えば、高分子圧電材料を製造する際の結晶化及び延伸の条件を調整することにより、高分子圧電材料の結晶化度を20%〜80%の範囲に調整することができる。   In the present embodiment, for example, the crystallinity of the polymer piezoelectric material can be adjusted to a range of 20% to 80% by adjusting the crystallization and stretching conditions when the polymer piezoelectric material is manufactured. .

〔透明性(内部ヘイズ)〕
高分子圧電材料の透明性は、例えば、目視観察やヘイズ測定により評価することができる。
高分子圧電材料は、可視光線に対する内部ヘイズが40%以下であることが好ましい。ここで内部ヘイズは、厚さ0.03mm〜0.05mmの高分子圧電材料に対して、JIS−K7105に準拠して、ヘイズ測定機〔(有)東京電色製、TC−HIII DPK〕を用いて25℃で測定したときの値であり、測定方法の詳細は実施例において詳述する。
高分子圧電材料の前記内部ヘイズは、20%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更に好ましい。更に、高分子圧電材料の前記内部ヘイズは、縦裂強度をより向上させる観点からは、2.0%以下が好ましく、1.0%以下が特に好ましい。
また、高分子圧電材料の前記内部ヘイズは、低ければ低いほどよいが、圧電定数などとのバランスの観点からは、0.0%〜40%であることが好ましく、0.01%〜20%であることがさらに好ましく、0.01%〜5%がさらに好ましく、0.01%〜2.0%がさらに好ましく、0.01%〜1.0%が特に好ましい。
なお、本願でいう「内部ヘイズ」とは、本発明の高分子圧電材料の内部へイズをいう。内部へイズとは、実施例において後述するように前記高分子圧電材料の外表面の形状によるヘイズを除外したヘイズである。
[Transparency (internal haze)]
The transparency of the polymeric piezoelectric material can be evaluated, for example, by visual observation or haze measurement.
The polymeric piezoelectric material preferably has an internal haze with respect to visible light of 40% or less. Here, the internal haze is a haze measuring instrument [Tokyo Denshoku Co., Ltd., TC-HIII DPK] in accordance with JIS-K7105 for a polymer piezoelectric material having a thickness of 0.03 mm to 0.05 mm. It is a value when it is used and measured at 25 ° C., and details of the measuring method will be described in detail in Examples.
The internal haze of the polymeric piezoelectric material is more preferably 20% or less, and further preferably 5% or less. Further, the internal haze of the polymeric piezoelectric material is preferably 2.0% or less, and particularly preferably 1.0% or less, from the viewpoint of further improving the longitudinal crack strength.
The lower the internal haze of the polymeric piezoelectric material, the better. However, from the viewpoint of balance with the piezoelectric constant, etc., it is preferably 0.0% to 40%, and 0.01% to 20%. Is more preferable, 0.01% to 5% is more preferable, 0.01% to 2.0% is further preferable, and 0.01% to 1.0% is particularly preferable.
As used herein, “internal haze” refers to the internal haze of the polymeric piezoelectric material of the present invention. The internal haze is haze excluding haze due to the shape of the outer surface of the polymeric piezoelectric material, as will be described later in Examples.

〔規格化分子配向MORc〕
本実施形態の高分子圧電材料は、規格化分子配向MORcが1.0〜15.0であることが好ましく、4.0〜10.0であることがより好ましい。
規格化分子配向MORcが1.0以上であれば、延伸方向に配列する光学活性高分子の分子鎖(例えばポリ乳酸分子鎖)が多く、その結果、配向結晶の生成する率が高くなり、より高い圧電性を発現することが可能となる。
規格化分子配向MORcが15.0以下であれば、縦裂強度が更に向上する。
[Standardized molecular orientation MORc]
The polymer piezoelectric material of the present embodiment preferably has a normalized molecular orientation MORc of 1.0 to 15.0, and more preferably 4.0 to 10.0.
If the normalized molecular orientation MORc is 1.0 or more, there are many optically active polymer molecular chains (for example, polylactic acid molecular chains) arranged in the stretching direction, and as a result, the rate of formation of oriented crystals increases. High piezoelectricity can be expressed.
If the normalized molecular orientation MORc is 15.0 or less, the longitudinal crack strength is further improved.

〔規格化分子配向MORcと結晶化度との積〕
本実施形態において、高分子圧電材料の結晶化度と規格化分子配向MORcとの積は25〜250である。この範囲に調整することで、高い圧電性及び高い透明性が維持され、かつ、縦裂強度(即ち、特定方向についての引裂強さ)の低下が抑制される。
高分子圧電材料の結晶化度と規格化分子配向MORcとの積が25未満であると、圧電性が低下する傾向がある。
高分子圧電材料の結晶化度と規格化分子配向MORcとの積が250を超えると、縦裂強度及び透明性が低下する傾向がある。
上記結晶化度とMORcとの積は、さらに好ましくは50〜200、さらに好ましくは100〜190である。
[Product of normalized molecular orientation MORc and crystallinity]
In this embodiment, the product of the crystallinity of the polymeric piezoelectric material and the normalized molecular orientation MORc is 25-250. By adjusting to this range, high piezoelectricity and high transparency are maintained, and a decrease in longitudinal tear strength (that is, tear strength in a specific direction) is suppressed.
If the product of the crystallinity of the polymeric piezoelectric material and the normalized molecular orientation MORc is less than 25, the piezoelectricity tends to decrease.
When the product of the crystallinity of the polymeric piezoelectric material and the normalized molecular orientation MORc exceeds 250, the longitudinal crack strength and transparency tend to decrease.
The product of the crystallinity and MORc is more preferably 50 to 200, and still more preferably 100 to 190.

本実施形態では、例えば、高分子圧電材料を製造する際の結晶化及び延伸の条件を調整することにより、高分子圧電材料の結晶化度と規格化分子配向MORcとの積を25〜250の範囲に調整することができる。   In the present embodiment, for example, by adjusting the crystallization and stretching conditions in manufacturing the polymer piezoelectric material, the product of the crystallinity of the polymer piezoelectric material and the normalized molecular orientation MORc is 25 to 250. Can be adjusted to the range.

〔縦裂強度〕
本実施形態の高分子圧電材料の縦裂強度は、JIS K 7128−3の「プラスチックーフィルム及びシートの引裂強さ」に記載の試験方法「直角形引裂法」に準拠して測定された引裂強さに基づいて評価される。
ここで、引張試験機のクロスヘッド速度は毎分200mmとし、引裂強さは下式より算出する。
T=F/d
上記式において、Tは引裂強さ(N/mm)、Fは最大引裂荷重、dは試験片の厚さ(mm)を表す。
(Longitudinal crack strength)
The longitudinal tear strength of the polymeric piezoelectric material of the present embodiment is measured according to the test method “Right-angle tear method” described in “Plastic film and sheet tear strength” of JIS K 7128-3. It is evaluated based on strength.
Here, the crosshead speed of the tensile tester is 200 mm per minute, and the tear strength is calculated from the following equation.
T = F / d
In the above formula, T represents the tear strength (N / mm), F represents the maximum tear load, and d represents the thickness (mm) of the test piece.

〔寸法安定性〕
高分子圧電材料は、加熱下、特に後述するスピーカーやタッチパネルなどのデバイスや機器等に組み込まれ使用される環境下の温度での寸法変化率が低い方が好ましい。圧電材料の寸法がデバイスなどの使用環境下で変化すると、圧電材料に接続されている配線などの位置を動かし、デバイスなどの誤作動を引き起こす恐れがあるからである。高分子圧電材料の寸法安定性は、後述するようにデバイスなどの使用環境よりも少し高い温度である150℃で、10分間処理した前後の寸法変化率で評価される。寸法変化率は、10%以下が好ましく、5%以下がさらに好ましい。
(Dimensional stability)
It is preferable that the piezoelectric polymer material has a low dimensional change rate at a temperature under heating, particularly in an environment in which it is incorporated and used in a device or device such as a speaker or a touch panel described later. This is because if the dimensions of the piezoelectric material change in the environment of use of the device or the like, the position of the wiring or the like connected to the piezoelectric material may be moved to cause malfunction of the device or the like. As will be described later, the dimensional stability of the polymeric piezoelectric material is evaluated by the dimensional change rate before and after being treated for 10 minutes at 150 ° C., which is a temperature slightly higher than the usage environment of the device. The dimensional change rate is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less.

<高分子圧電材料の製造>
本発明の高分子圧電材料を製造する方法としては、前記結晶化度を20%〜80%に調整でき、かつ、前記規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積を25〜250に調整できる方法であれば特に制限されない。
この方法として、例えば、既述の光学活性高分子を含む非晶状態のシートに対して結晶化及び延伸(いずれが先であってもよい)を施す方法であって、前記結晶化及び前記延伸の各条件を調整することにより、前記結晶化度を20%〜80%に調整し、かつ、前記規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積を25〜250に調整する方法を用いることができる。
なお、ここでいう「結晶化」は、後述の予備結晶化及び後述のアニール処理を包含する概念である。
<Manufacture of polymer piezoelectric material>
As a method for producing the polymeric piezoelectric material of the present invention, the crystallinity can be adjusted to 20% to 80%, and the product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity can be adjusted to 25 to 250. There is no particular limitation as long as it can be performed.
As this method, for example, crystallization and stretching (any of which may be the first) are performed on an amorphous sheet containing the optically active polymer described above, and the crystallization and stretching By adjusting each of the above conditions, the crystallinity is adjusted to 20% to 80%, and the product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity is adjusted to 25 to 250. Can do.
Here, “crystallization” is a concept including preliminary crystallization described later and annealing treatment described later.

また、非晶状態のシートとは、光学活性高分子単体又は光学活性高分子を含む混合物を、光学活性高分子の融点Tm以上の温度に加熱し、その後、急冷して得られたシートを示す。急冷する温度としては、例えば、50℃が挙げられる。   The non-crystalline sheet refers to a sheet obtained by heating an optically active polymer alone or a mixture containing an optically active polymer to a temperature equal to or higher than the melting point Tm of the optically active polymer and then rapidly cooling it. . An example of the rapid cooling temperature is 50 ° C.

本発明の高分子圧電材料を製造する方法において、高分子圧電材料(または非晶状態のシート)の原料としては、前記光学活性高分子(ポリ乳酸系高分子など)を1種単独で用いてもよいし、既述の光学活性高分子(ポリ乳酸系高分子など)の2種以上の混合物、または、既述の光学活性高分子の少なくとも1種とその他の成分の少なくとも1種との混合物を用いてもよい。
上述の混合物は、溶融混練して得られた混合物であることが好ましい。
具体的には、例えば、2種類以上の光学活性高分子を混合する場合や、1種類以上の光学活性高分子にその他の成分(例えば上述の無機フィラーや結晶核剤)を混合する場合は、混合する光学活性高分子を(必要に応じその他の成分とともに)、溶融混練機〔東洋精機社製、ラボプラストミキサー〕を用い、ミキサー回転数30rpm〜70rpm、180℃〜250℃の条件で、5分〜20分間溶融混練することで、複数種の光学活性高分子のブレンド体や光学活性高分子と無機フィラーなどの他の成分とのブレンド体を得ることができる。
In the method for producing a polymeric piezoelectric material of the present invention, the optically active polymer (such as polylactic acid polymer) is used alone as a raw material for the polymeric piezoelectric material (or amorphous sheet). Alternatively, a mixture of two or more of the optically active polymers described above (such as polylactic acid polymers), or a mixture of at least one of the optically active polymers described above and at least one of the other components. May be used.
The above mixture is preferably a mixture obtained by melt kneading.
Specifically, for example, when mixing two or more types of optically active polymers, or when mixing other components (for example, the above-described inorganic filler and crystal nucleating agent) with one or more types of optically active polymers, The optically active polymer to be mixed (along with other components as necessary) is 5 using a melt kneader (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., Labo Plast Mixer) under the conditions of a mixer rotational speed of 30 rpm to 70 rpm and 180 ° C. to 250 ° C. By melt-kneading for 20 minutes for 20 minutes, a blend of a plurality of types of optically active polymers or a blend of optically active polymers and other components such as inorganic fillers can be obtained.

以下、本発明の高分子圧電材料の製造方法の実施形態について説明するが、本発明の高分子圧電材料を製造する方法は、下記実施形態に限定されることはない。   Hereinafter, although the embodiment of the manufacturing method of the polymeric piezoelectric material of the present invention will be described, the method of manufacturing the polymeric piezoelectric material of the present invention is not limited to the following embodiment.

−第1の実施形態−
本発明の高分子圧電材料の製造方法の第1の実施形態は、例えば、光学活性高分子(即ち、重量平均分子量が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子)を含む非晶状態のシートを加熱して予備結晶化シートを得る第一の工程と、前記予備結晶化シートを2軸方向に延伸する(例えば、主として1軸方向に延伸しつつ同時または逐次的に前記延伸方向とは別の方向に延伸する)第二の工程と、を含む。
-First embodiment-
The first embodiment of the method for producing a polymeric piezoelectric material of the present invention includes, for example, an optically active polymer (that is, a helical chiral polymer having optical activity having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000). A first step of heating a crystallized sheet to obtain a pre-crystallized sheet, and stretching the pre-crystallized sheet in a biaxial direction (for example, stretching the uniaxial direction while simultaneously or sequentially stretching Extending in a direction different from the direction).

一般的に、延伸時にフィルムにかける力を増やすことで、光学活性高分子の配向が促進されて圧電定数が大きくなる一方で、結晶化が進み、結晶サイズが大きくなることで内部ヘイズも大きくなる傾向にある。また、内部応力の増加により寸法変形率も増加する傾向がある。単純にフィルムに力をかけた場合、球晶のように配向していない結晶が形成される。球晶のような配向が低い結晶は、内部ヘイズを上げるものの圧電定数の増加には寄与しにくい。
よって、圧電定数が高く、内部ヘイズが低いフィルムを形成するためには、圧電定数に寄与する配向結晶を、内部ヘイズを増大させない程度の微小サイズで効率よく形成することが好ましい。
In general, increasing the force applied to the film during stretching promotes the orientation of the optically active polymer and increases the piezoelectric constant, while crystallization progresses and the crystal size increases, so that the internal haze increases. There is a tendency. Also, the dimensional deformation rate tends to increase due to an increase in internal stress. If force is simply applied to the film, crystals that are not oriented like spherulites are formed. A crystal having a low orientation such as a spherulite increases the internal haze, but hardly contributes to an increase in piezoelectric constant.
Therefore, in order to form a film having a high piezoelectric constant and a low internal haze, it is preferable to efficiently form oriented crystals that contribute to the piezoelectric constant with a minute size that does not increase the internal haze.

上記の点から、例えば、延伸の前にシート内を予備結晶化させ微細な結晶(微結晶)を形成した予備結晶化シートを作製した後に、前記予備結晶化シートを延伸することにより、前記予備結晶化シート内部における微結晶と微結晶との間の結晶性が低い高分子部分に、延伸による力を効率よくかけることができる。これにより、光学活性高分子を主な延伸方向に効率よく配向させることができる。
具体的には、前記予備結晶化シートを延伸することにより、微結晶と微結晶との間の結晶性が低い高分子部分内に、微細な配向結晶が生成すると同時に、予備結晶化によって生成された球晶がくずれ、球晶を構成しているラメラ晶が、タイ分子鎖につながれた数珠繋ぎ状に延伸方向に配向する。これにより、所望の値のMORcを得ることができる。
このため、前記予備結晶化シートを延伸することにより、圧電定数を大きく低下させることなく、内部ヘイズが低いシートを得ることができる。さらに製造条件を調整することで寸法安定性に優れる高分子圧電材料を得ることができる。
From the above points, for example, after preparing the pre-crystallized sheet in which the inside of the sheet is pre-crystallized to form fine crystals (microcrystals) before stretching, the pre-crystallized sheet is stretched, thereby The stretching force can be efficiently applied to the polymer portion having low crystallinity between the microcrystals in the crystallized sheet. Thereby, the optically active polymer can be efficiently oriented in the main stretching direction.
Specifically, by stretching the pre-crystallized sheet, finely oriented crystals are formed in the polymer portion having low crystallinity between the microcrystals and at the same time generated by pre-crystallization. The spherulites are broken, and the lamellar crystals constituting the spherulites are oriented in the stretching direction in a daisy chain connected to the tie molecular chain. As a result, a desired value of MORc can be obtained.
For this reason, by extending | stretching the said precrystallized sheet, a sheet | seat with a low internal haze can be obtained, without reducing a piezoelectric constant largely. Furthermore, a polymer piezoelectric material having excellent dimensional stability can be obtained by adjusting the manufacturing conditions.

しかし、前記予備結晶化シートを延伸する方法では、延伸により予備結晶化シート内部の結晶性が低い部分の高分子鎖の絡み合いがほどけ延伸方向に分子鎖が並ぶため、延伸方向と略直交する方向からの力に対する引裂強さは向上するが、逆に延伸方向と略平行方向からの力に対する引裂強さが低下する場合がある。   However, in the method of stretching the pre-crystallized sheet, the polymer chains in the low-crystallinity portion inside the pre-crystallized sheet are unwound by stretching, and the molecular chains are aligned in the stretch direction. Although the tear strength with respect to the force from is improved, the tear strength with respect to the force from the direction substantially parallel to the stretching direction may be decreased.

以上の点に鑑み、第1の実施形態では、光学活性高分子を含む非晶状態のシートを加熱して予備結晶化シートを得る第一の工程と、前記予備結晶化シートを2軸方向に延伸する第二の工程と、を含む構成とする。
この第1の実施形態では、第二の工程(延伸工程)において、圧電性を高めるために予備結晶化シートを延伸(主延伸ともいう)する際、同時にまたは逐次的に前記主延伸の延伸方向と交差する方向に予備結晶化シートを延伸(副次的延伸ともいう)する2軸延伸を行う。これにより、シート内の分子鎖を、主たる延伸の軸の方向だけでなく、主たる延伸の軸と交差する方向にも配向させることができるので、前記規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積を、特定の範囲(具体的には25〜250)に好適に調整することができる。
その結果、圧電性を高め、透明性を維持しつつ、さらに縦裂強度をも向上させることができる。
In view of the above points, in the first embodiment, a first step of obtaining a pre-crystallized sheet by heating an amorphous sheet containing an optically active polymer, and the pre-crystallized sheet in a biaxial direction. And a second step of stretching.
In the first embodiment, in the second step (stretching step), when the pre-crystallized sheet is stretched (also referred to as main stretching) in order to enhance piezoelectricity, the stretching direction of the main stretching is simultaneously or sequentially performed. Biaxial stretching is performed in which the pre-crystallized sheet is stretched (also referred to as secondary stretching) in the direction intersecting with. Thereby, since the molecular chain in the sheet can be oriented not only in the direction of the main stretching axis but also in the direction intersecting with the main stretching axis, the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity The product can be suitably adjusted to a specific range (specifically 25 to 250).
As a result, it is possible to increase the longitudinal crack strength while enhancing the piezoelectricity and maintaining the transparency.

規格化分子配向MORcを制御するには、第一の工程における非晶状態のシートの加熱時間および加熱温度、並びに、第二の工程における予備結晶化シートの延伸速度および延伸温度の調整が重要である。
また、前述のとおり、光学活性高分子は、分子構造が螺旋構造である分子光学活性を有する高分子である。
光学活性高分子を含む非晶状態のシートは、市場から入手可能なものでもよく、押出成形などの公知のフィルム成形手段で作製されたものでもよい。非晶状態のシートは単層であっても、多層であっても構わない。
In order to control the normalized molecular orientation MORc, it is important to adjust the heating time and heating temperature of the amorphous sheet in the first step, and the stretching speed and stretching temperature of the pre-crystallized sheet in the second step. is there.
As described above, the optically active polymer is a polymer having molecular optical activity in which the molecular structure is a helical structure.
The amorphous sheet containing the optically active polymer may be commercially available, or may be produced by a known film forming means such as extrusion. The amorphous sheet may be a single layer or a multilayer.

〔第一の工程(予備結晶化工程)〕
第1の実施形態における第一の工程は、光学活性高分子を含む非晶状態のシートを加熱して予備結晶化シートを得る工程である。
[First step (pre-crystallization step)]
The first step in the first embodiment is a step of obtaining a pre-crystallized sheet by heating an amorphous sheet containing an optically active polymer.

第1の実施形態における第一の工程及び第二の工程を通じた処理として、具体的には、1)非晶状態のシートを加熱処理して予備結晶化シートとし(以上、第一の工程)、得られた予備結晶化シートを延伸装置にセットして延伸する(以上、第二の工程)処理であってもよいし(オフライン処理)、または、2)非晶状態のシートを延伸装置にセットし、延伸装置にて加熱して予備結晶化シートとし(以上、第一の工程)、得られた予備結晶化シートを引き続きこの延伸装置にて延伸する(以上、第二の工程)処理であってもよい(インライン処理)。   Specifically, as the treatment through the first step and the second step in the first embodiment, 1) a non-crystalline sheet is heat-treated to form a pre-crystallized sheet (the first step). The obtained pre-crystallized sheet may be set in a drawing apparatus and drawn (second step), or (off-line processing), or 2) the amorphous sheet is drawn into the drawing apparatus. Set and heated in a stretching device to form a pre-crystallized sheet (above, the first step), and the obtained pre-crystallized sheet is subsequently stretched in the stretching device (above, the second step). There may be (inline processing).

第一の工程において、光学活性高分子を含む非晶状態のシートを予備結晶化するための加熱温度Tは特に限定されないが、製造される高分子圧電材料の圧電性や透明性など高める点で、光学活性高分子のガラス転移温度Tgと以下の式の関係を満たし、結晶化度が1〜70%になるように設定される温度であることが好ましい。
Tg−40℃≦T≦Tg+40℃
(Tgは、光学活性高分子のガラス転移温度を表す。)
In the first step, the heating temperature T for pre-crystallizing the amorphous state sheet containing the optically active polymer is not particularly limited. However, in terms of enhancing the piezoelectricity and transparency of the polymer piezoelectric material to be produced. The glass transition temperature Tg of the optically active polymer and the following formula are preferably satisfied, and the crystallinity is preferably set to 1 to 70%.
Tg−40 ° C. ≦ T ≦ Tg + 40 ° C.
(Tg represents the glass transition temperature of the optically active polymer.)

なお、ここでいう光学活性高分子のガラス転移温度Tg〔℃〕および前述した光学活性高分子の融点Tm〔℃〕は、前記示差走査型熱量計(DSC)を用い、光学活性高分子に対して、昇温速度10℃/分の条件で温度を上昇させたときの融解吸熱曲線から、曲線の屈曲点として得られるガラス転移温度(Tg)と、吸熱反応のピーク値として確認される温度(Tm)である。   Here, the glass transition temperature Tg [° C.] of the optically active polymer and the melting point Tm [° C.] of the optically active polymer mentioned above are calculated with respect to the optically active polymer using the above-mentioned differential scanning calorimeter (DSC). Thus, from the melting endothermic curve when the temperature is increased at a temperature rising rate of 10 ° C./min, the glass transition temperature (Tg) obtained as the inflection point of the curve and the temperature confirmed as the peak value of the endothermic reaction ( Tm).

第一の工程において、予備結晶化するための加熱処理時間は、所望の結晶化度を満たし、かつ延伸後(第二の工程後)の高分子圧電材料の規格化分子配向MORcと延伸後の高分子圧電材料の結晶化度との積が25〜250、好ましくは50〜200、さらに好ましくは100〜190になるように調整されればよい。加熱処理時間が長くなると、延伸後の結晶化度も高くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも高くなる。加熱処理時間が短くなると、延伸後の結晶化度も低くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも低くなる。   In the first step, the heat treatment time for pre-crystallization satisfies the desired crystallinity and the normalized molecular orientation MORc of the polymer piezoelectric material after stretching (after the second step) and the stretched What is necessary is just to adjust so that the product with the crystallinity degree of a polymeric piezoelectric material may be 25-250, Preferably it is 50-200, More preferably, it is 100-190. As the heat treatment time becomes longer, the degree of crystallinity after stretching increases, and the normalized molecular orientation MORc after stretching also increases. When the heat treatment time is shortened, the degree of crystallinity after stretching also decreases, and the normalized molecular orientation MORc after stretching also decreases.

延伸前の予備結晶化シートの結晶化度が高くなると、シートが硬くなってより大きな延伸応力がシートにかかるので、前記シート中の結晶性が比較的低い部分も配向が強くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも高くなると考えられる。逆に、延伸前の予備結晶化シートの結晶化度が低くなると、シートが柔らかくなって延伸応力がよりシートにかかりにくくなるので、前記シート中の結晶性が比較的低い部分も配向が弱くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも低くなると考えられる。   When the degree of crystallization of the pre-crystallized sheet before stretching increases, the sheet becomes harder and a greater stretching stress is applied to the sheet, so that the portion with relatively low crystallinity in the sheet also becomes more oriented, and after stretching It is considered that the normalized molecular orientation MORc also increases. On the contrary, when the crystallinity of the pre-crystallized sheet before stretching becomes low, the sheet becomes soft and the stretching stress becomes more difficult to be applied to the sheet, so that the portion with relatively low crystallinity in the sheet becomes weakly oriented. The normalized molecular orientation MORc after stretching is also considered to be low.

加熱処理時間は、加熱処理温度、シートの厚み、シートを構成する樹脂の分子量、添加剤などの種類または量によって異なる。また、シートを結晶化させる実質的な加熱処理時間は、後述する延伸工程(第二工程)の前に行なってもよい予熱において、非晶状態のシートが結晶化する温度で予熱した場合、前記予熱時間と、予熱前の予備結晶化工程における加熱処理時間の和に相当する。   The heat treatment time varies depending on the kind or amount of the heat treatment temperature, the thickness of the sheet, the molecular weight of the resin constituting the sheet, and the additive. In addition, the substantial heat treatment time for crystallizing the sheet is the preheating that may be performed before the stretching step (second step) described later, and when the amorphous sheet is preheated at a temperature for crystallization, This corresponds to the sum of the preheating time and the heat treatment time in the precrystallization step before preheating.

非晶状態のシートの加熱処理時間は、5秒〜60分が好ましく、製造条件の安定化という観点からは1分〜30分がより好ましい。例えば、光学活性高分子としてポリ乳酸樹脂を含む非晶状態のシートを予備結晶化する場合は、20℃〜170℃で、5秒〜60分(好ましくは1分〜30分)加熱することが好ましい。   The heat treatment time for the amorphous sheet is preferably from 5 seconds to 60 minutes, and more preferably from 1 minute to 30 minutes from the viewpoint of stabilizing the production conditions. For example, in the case of pre-crystallizing an amorphous sheet containing a polylactic acid resin as an optically active polymer, it may be heated at 20 ° C. to 170 ° C. for 5 seconds to 60 minutes (preferably 1 minute to 30 minutes). preferable.

第1の実施形態において、延伸後のシートに効率的に圧電性、透明性、縦裂強度を付与するには、延伸前の予備結晶化シートの結晶化度を調整することが好ましい。
すなわち、延伸により圧電性などが向上する理由は、球晶状態にあると推測される、予備結晶化シート中の結晶性が比較的高い部分に延伸による応力が集中し、球晶が破壊されつつ配向することで圧電性(圧電定数d14)が向上する一方、球晶を介して延伸応力が結晶性の比較的低い部分にもかかり、この比較的低い部分の配向を促し、圧電性(圧電定数d14)を向上させるためと考えられるからである。
In the first embodiment, in order to efficiently impart piezoelectricity, transparency, and longitudinal crack strength to the stretched sheet, it is preferable to adjust the crystallinity of the precrystallized sheet before stretching.
That is, the reason why the piezoelectricity and the like are improved by stretching is that the spherulite is presumed to be in a spherulitic state, stress due to stretching is concentrated in a portion having a relatively high crystallinity in the pre-crystallized sheet, and the spherulites are being destroyed. Orientation improves the piezoelectricity (piezoelectric constant d 14 ), while stretching stress is applied to a portion having a relatively low crystallinity via the spherulite, and the orientation of the relatively low portion is promoted, and piezoelectricity (piezoelectricity) This is because the constant d 14 ) is considered to be improved.

延伸後のシートの結晶化度は、20%〜80%、好ましくは30%〜70%になるように設定される。そのため、予備結晶化シートの延伸直前の結晶化度は1%〜70%、好ましくは2%〜60%になるように設定される。予備結晶化シートの結晶化度は、延伸後の本実施形態の高分子圧電材料の結晶化度の測定と同様に行なえばよい。   The degree of crystallinity of the stretched sheet is set to 20% to 80%, preferably 30% to 70%. Therefore, the crystallinity immediately before stretching of the pre-crystallized sheet is set to be 1% to 70%, preferably 2% to 60%. The crystallinity of the pre-crystallized sheet may be the same as the measurement of the crystallinity of the polymer piezoelectric material of the present embodiment after stretching.

予備結晶化シートの厚みは、第二の工程の延伸により得ようとする高分子圧電材料の厚みと延伸倍率によって主に決められるが、好ましくは50μm〜1000μmであり、より好ましくは200μm〜800μm程度である。   The thickness of the pre-crystallized sheet is mainly determined by the thickness of the polymeric piezoelectric material to be obtained by stretching in the second step and the stretching ratio, but is preferably 50 μm to 1000 μm, more preferably about 200 μm to 800 μm. It is.

〔第二の工程(延伸工程)〕
第二の工程(延伸工程)における延伸方法は特に制限されないが、配向結晶を形成するための延伸(主な延伸ともいう)と、前記延伸の方向に対して交差する方向に施す延伸と、を組み合わせた方法を用いることができる。高分子圧電材料を延伸することにより、主面の面積が大きな高分子圧電材料を得ることもできる。
[Second step (stretching step)]
The stretching method in the second step (stretching step) is not particularly limited. Stretching for forming oriented crystals (also referred to as main stretching) and stretching performed in a direction intersecting the direction of stretching. A combined method can be used. By stretching the polymer piezoelectric material, a polymer piezoelectric material having a large principal surface area can be obtained.

ここで、「主面」とは、高分子圧電材料の表面の中で、最も面積の大きい面をいう。本発明の高分子圧電材料は、主面を2つ以上有してもよい。例えば、高分子圧電材料が、10mm×0.3mm四方の面Aと、3mm×0.3mm四方の面Bと、10mm×3mm四方の面Cとをそれぞれ2面ずつ有する板状体である場合、当該高分子圧電材料の主面は面Cであり、2つの主面を有する。   Here, the “main surface” refers to the surface having the largest area among the surfaces of the polymeric piezoelectric material. The polymeric piezoelectric material of the present invention may have two or more principal surfaces. For example, when the polymer piezoelectric material is a plate-like body having two surfaces A each having a surface A of 10 mm × 0.3 mm square, a surface B having 3 mm × 0.3 mm square, and a surface C having 10 mm × 3 mm square. The main surface of the polymeric piezoelectric material is a surface C, which has two main surfaces.

本実施形態における主面の面積は、高分子圧電材料の主面の面積が5mm以上であることが好ましく、10mm以上であることがより好ましい。As for the area of the main surface in the present embodiment, the area of the main surface of the polymeric piezoelectric material is preferably 5 mm 2 or more, and more preferably 10 mm 2 or more.

高分子圧電材料を主に一方向に延伸することで、高分子圧電材料に含まれるポリ乳酸系高分子の分子鎖を、一方向に配向させ、かつ高密度に整列させることができ、より高い圧電性が得られると推測される。
一方、前述のように一方向のみに延伸した場合、シート内の高分子の分子鎖が主に延伸方向に配向するため、延伸方向と略直交方向からの力による縦裂強度が低下する恐れがある。
そこで、延伸工程において、圧電性を高めるための延伸(主延伸ともいう)をする際に、同時にまたは逐次的に、前記主延伸の方向と交差する方向に予備結晶化シートを延伸(副次的延伸ともいう)する2軸延伸を行うことで、圧電性、透明性、縦裂強度のバランスに優れる高分子圧電材料を得ることができる。
なお、ここで言う「逐次的な延伸」とは、まず1軸方向に延伸した後に、前記延伸の方向と交差する方向に延伸する延伸方法をいう。
By stretching the polymer piezoelectric material mainly in one direction, the molecular chain of polylactic acid polymer contained in the polymer piezoelectric material can be oriented in one direction and aligned with high density, which is higher It is estimated that piezoelectricity can be obtained.
On the other hand, when stretched in only one direction as described above, the molecular chain of the polymer in the sheet is mainly oriented in the stretching direction, so that there is a risk that the longitudinal crack strength due to the force from the direction substantially perpendicular to the stretching direction is lowered. is there.
Therefore, in the stretching process, when stretching for enhancing piezoelectricity (also referred to as main stretching), simultaneously or sequentially, the pre-crystallized sheet is stretched in a direction crossing the main stretching direction (secondary stretching). By performing biaxial stretching (also referred to as stretching), a polymer piezoelectric material having an excellent balance of piezoelectricity, transparency, and longitudinal crack strength can be obtained.
Here, “sequential stretching” refers to a stretching method in which stretching is performed in a uniaxial direction and then stretching in a direction intersecting with the stretching direction.

第二の工程における2軸延伸の方式は特に限定されず、一般的な方式を用いることができるが、具体的にはロール延伸(MD方向への延伸)とテンター延伸(TD方向への延伸)を組み合わせた方式とすることが好ましい。このとき、製造効率の観点から、延伸倍率が大きい方向(例えば主延伸の方向)をTD方向、延伸倍率が低い方向(例えば副次的延伸の方向)をMD方向に設定するのが好ましい。
2軸延伸は同時に行なっても、逐次的に行なってもよいが、同時に行なうこと(即ち、同時2軸延伸)が好ましい。
同時2軸延伸が好ましい理由は、逐次延伸の場合には、二回目以降の延伸において、一回目の延伸の方向と交差する方向に力を加えることになるため、フィルムが延伸中に縦裂けする恐れがあるからである。
また、同様に、逐次延伸を行なう場合は、二回目以降の延伸中のフィルムの縦裂けを抑制する観点から、最初に行なう延伸の倍率を小さくすることが好ましい。
なお、前述のとおり、「MD方向」とはフィルムの流れる方向であり、「TD方向」とは、前記MD方向と直交し、フィルムの主面と平行な方向である。
The biaxial stretching method in the second step is not particularly limited, and a general method can be used. Specifically, roll stretching (stretching in the MD direction) and tenter stretching (stretching in the TD direction). It is preferable to use a combination of these. At this time, from the viewpoint of production efficiency, it is preferable to set the direction in which the stretching ratio is large (for example, the main stretching direction) to the TD direction and the direction in which the stretching ratio is low (for example, the secondary stretching direction) to the MD direction.
Biaxial stretching may be performed simultaneously or sequentially, but is preferably performed simultaneously (that is, simultaneous biaxial stretching).
The reason why simultaneous biaxial stretching is preferable is that, in the case of sequential stretching, in the second and subsequent stretching, a force is applied in a direction crossing the direction of the first stretching, so that the film is longitudinally split during stretching. Because there is a fear.
Similarly, when performing sequential stretching, it is preferable to reduce the stretching ratio performed first from the viewpoint of suppressing longitudinal tearing of the film during the second and subsequent stretching.
As described above, the “MD direction” is a direction in which the film flows, and the “TD direction” is a direction perpendicular to the MD direction and parallel to the main surface of the film.

延伸倍率は、延伸後(または後述するアニール工程を行なう場合は、アニール処理後)の高分子圧電材料の結晶化度とMORcと結晶化度との積が、前述の範囲になるように調整できれば特に限定されないが、主延伸の延伸倍率は2〜8倍が好ましく、2.5〜5倍がより好ましく、2.7〜4.5倍が特に好ましい。また、副次的延伸の延伸倍率は、1〜4倍が好ましく、1.2〜2.5倍がより好ましく、1.2〜2.3倍がより好ましい。
また、延伸速度も特に限定されないが、通常は、倍率に応じて主延伸の速度と副次的延伸の速度が調整される。具体的には、主延伸倍率が副次的延伸の倍率の2倍に設定された場合は、主延伸の速度は副次的延伸の2倍に設定されることが多い。延伸速度は通常用いられる速度に設定すればよく、特に限定されないが、フィルムが延伸時に破断することないような速度に調整されることが多い。
The draw ratio can be adjusted so that the product of the crystallinity, MORc, and crystallinity of the polymeric piezoelectric material after stretching (or after annealing if an annealing process described later) is within the above-mentioned range. Although not particularly limited, the draw ratio of main stretching is preferably 2 to 8 times, more preferably 2.5 to 5 times, and particularly preferably 2.7 to 4.5 times. Further, the draw ratio of the secondary stretching is preferably 1 to 4 times, more preferably 1.2 to 2.5 times, and more preferably 1.2 to 2.3 times.
Also, the stretching speed is not particularly limited, but usually, the main stretching speed and the secondary stretching speed are adjusted according to the magnification. Specifically, when the main stretching ratio is set to twice the secondary stretching ratio, the main stretching speed is often set to twice the secondary stretching. The stretching speed may be set to a speed usually used, and is not particularly limited, but is often adjusted to a speed at which the film does not break during stretching.

高分子圧電材料の延伸温度は、1軸延伸方法や2軸延伸方法等のように、引張力のみで高分子圧電材料を延伸する場合は、高分子圧電材料のガラス転移温度より10℃〜20℃程度高い温度範囲であることが好ましい。   The stretching temperature of the polymeric piezoelectric material is 10 ° C. to 20 ° C. from the glass transition temperature of the polymeric piezoelectric material when the polymeric piezoelectric material is stretched only by a tensile force, such as a uniaxial stretching method or a biaxial stretching method. It is preferable that the temperature range be as high as about ° C.

予備結晶化シートの延伸を行なうときは、延伸直前にシートを延伸しやすくするために予熱を行なってもよい。
この予熱は、一般的には延伸前のシートを軟らかくし延伸しやすくするために行なわれるものであるため、前記延伸前のシートを結晶化してシートを硬くすることがない条件で行なわれるのが通常である。
しかし、上述したように第1の実施形態においては、延伸前に予備結晶化を行なうため、前記予熱を、予備結晶化を兼ねて行なってもよい。具体的には、上述した予備結晶化工程における加熱温度や加熱処理時間に合わせて、予熱を通常行なわれる温度よりも高い温度や長い時間行なうことで、予熱と予備結晶化を兼ねることができる。
When the pre-crystallized sheet is stretched, preheating may be performed immediately before stretching in order to facilitate stretching of the sheet.
This preheating is generally performed in order to soften the sheet before stretching and facilitate stretching, so that the sheet before stretching is crystallized and does not harden the sheet. It is normal.
However, as described above, in the first embodiment, since pre-crystallization is performed before stretching, the pre-heating may be performed together with pre-crystallization. Specifically, preheating and precrystallization can be performed by performing preheating at a temperature higher or longer than the normal temperature in accordance with the heating temperature and heat treatment time in the precrystallization step described above.

〔アニール処理工程〕
圧電定数を向上させる観点から、延伸処理を施した後の高分子圧電材料を、一定の熱処理(以下「アニール処理」とも称する)することが好ましい。アニール処理の温度は、概ね80℃〜160℃であることが好ましく、100℃〜155℃あることがさらに好ましい。
アニール処理の温度印加方法は、特に限定されないが、熱風ヒータや赤外線ヒータを用いて直接加熱する方法や、加熱したシリコンオイルなどの液体に高分子圧電材料を浸漬する方法等が挙げられる。このとき、線膨張により高分子圧電材料が変形すると、実用上平坦なフィルムを得ることが困難になるため、高分子圧電材料に一定の引張応力(例えば、0.01MPa〜100Mpa)を印加し、高分子圧電材料がたるまないようにしながら温度を印加することが好ましい。
[Annealing process]
From the viewpoint of improving the piezoelectric constant, it is preferable that the polymer piezoelectric material after the stretching treatment is subjected to a certain heat treatment (hereinafter also referred to as “annealing treatment”). The temperature of the annealing treatment is preferably about 80 ° C to 160 ° C, and more preferably 100 ° C to 155 ° C.
The temperature application method for the annealing treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of directly heating using a hot air heater or an infrared heater, a method of immersing the polymer piezoelectric material in a liquid such as heated silicon oil, and the like. At this time, if the polymer piezoelectric material is deformed by linear expansion, it is difficult to obtain a practically flat film. Therefore, a certain tensile stress (for example, 0.01 MPa to 100 MPa) is applied to the polymer piezoelectric material, It is preferable to apply temperature while preventing the piezoelectric polymer material from sagging.

アニール処理の温度印加時間は、1秒〜60分であることが好ましく、1秒〜300秒であることがより好ましく、1秒から60秒の範囲で加熱することがさらに好ましい。60分を超えてアニールをすると、高分子圧電材料のガラス転移温度より高い温度で、非晶部分の分子鎖から球晶が成長することにより配向度が低下する場合があり、その結果、圧電性が低下する場合がある。   The temperature application time for the annealing treatment is preferably 1 second to 60 minutes, more preferably 1 second to 300 seconds, and further preferably heating in the range of 1 second to 60 seconds. When annealing is performed for more than 60 minutes, the degree of orientation may decrease due to the growth of spherulites from the molecular chains of the amorphous portion at a temperature higher than the glass transition temperature of the polymeric piezoelectric material. May decrease.

上記のようにしてアニール処理された高分子圧電材料は、アニール処理した後に急冷することが好ましい。
アニール処理において、「急冷する」とは、アニール処理した高分子圧電材料を、アニール処理直後に、例えば氷水中等に浸漬して、少なくともガラス転移点Tg以下に冷やすことをいい、アニール処理と氷水中等への浸漬との間に他の処理が含まれないことをいう。
The polymeric piezoelectric material annealed as described above is preferably cooled rapidly after the annealing treatment.
In the annealing process, “rapidly cool” means that the annealed polymer piezoelectric material is immersed in ice water or the like immediately after the annealing process and cooled to at least the glass transition point Tg or less. It means that no other treatment is included in the dipping time.

急冷の方法は、水、氷水、エタノール、ドライアイスを入れたエタノールやメタノール、液体窒素などの冷媒に、アニール処理した高分子圧電材料を浸漬する方法や、蒸気圧の低い液体スプレーを吹き付け、蒸発潜熱により冷却したりする方法が挙げられる。
連続的に高分子圧電材料を冷却するには、高分子圧電材料のガラス転移温度Tg以下の温度に管理された金属ロールと、高分子圧電材料とを接触させるなどして、急冷することが可能である。また、冷却の回数は、1回のみであっても、2回以上であってもよく、さらには、アニールと冷却とを交互に繰り返し行なうことも可能である。また前述の延伸処理を施した後の高分子圧電材料について前記アニールを行うと、アニール前に比べてアニール後の高分子圧電材料が縮むことがある。
The rapid cooling method includes a method of immersing the annealed polymer piezoelectric material in a coolant such as ethanol, methanol, or liquid nitrogen containing water, ice water, ethanol, or dry ice, or by spraying a liquid spray with a low vapor pressure to evaporate. The method of cooling by latent heat is mentioned.
To continuously cool the polymer piezoelectric material, it is possible to rapidly cool the polymer piezoelectric material by bringing it into contact with a metal roll controlled to a temperature not higher than the glass transition temperature Tg of the polymer piezoelectric material. It is. Further, the number of times of cooling may be only once, or may be two or more. Furthermore, annealing and cooling can be alternately repeated. In addition, when the annealing is performed on the polymer piezoelectric material that has been subjected to the above-described stretching treatment, the polymer piezoelectric material after the annealing may shrink as compared to before the annealing.

−第2の実施形態−
本発明の高分子圧電材料の製造方法の第2の実施形態は、光学活性高分子を含むシート(好ましくは非晶状態のシート)を主として1軸方向に延伸する工程と、アニール処理工程と、をこの順で含む。
第2の実施形態において、主として1軸方向に延伸する工程は、少なくとも主延伸を行う(必要に応じ、更に副次的延伸を行う)工程である。
第2の実施形態における、主として1軸方向に延伸する工程及びアニール処理工程の各条件は、製造される高分子圧電材料の前記結晶化度が20%〜80%となり、かつ、前記規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積が25〜250となるように適宜調整される。
その他、第2の実施形態における、主として1軸方向に延伸する工程及びアニール処理工程の好ましい条件は、それぞれ、第1の実施形態における第二の工程及びアニール処理工程の条件と同様である。
なお、第2の実施形態では、第1の実施形態における第一の工程(予備結晶化工程)を設ける必要はない。
-Second Embodiment-
A second embodiment of the method for producing a polymeric piezoelectric material of the present invention includes a step of stretching a sheet containing an optically active polymer (preferably an amorphous sheet) mainly in a uniaxial direction, an annealing step, Are included in this order.
In the second embodiment, the step of stretching mainly in the uniaxial direction is a step of performing at least main stretching (further performing secondary stretching if necessary).
In the second embodiment, each condition of the step of extending mainly in the uniaxial direction and the annealing treatment step is such that the crystallinity of the polymer piezoelectric material to be produced is 20% to 80%, and the normalized molecule The product of the orientation MORc and the crystallinity is appropriately adjusted to be 25 to 250.
In addition, the preferable conditions of the step of extending mainly in the uniaxial direction and the annealing treatment step in the second embodiment are the same as the conditions of the second step and the annealing treatment step in the first embodiment, respectively.
In the second embodiment, it is not necessary to provide the first step (preliminary crystallization step) in the first embodiment.

<高分子圧電材料の用途>
本発明の高分子圧電材料は、以上説明したように圧電定数d14が大きく、透明性、縦裂強度に優れた圧電材料であるので、スピーカー、ヘッドホン、タッチパネル、リモートコントローラー、マイクロホン、水中マイクロホン、超音波トランスデューサ、超音波応用計測器、圧電振動子、機械的フィルター、圧電トランス、遅延装置、センサー、加速度センサー、衝撃センサー、振動センサー、感圧センサー、触覚センサー、電界センサー、音圧センサー、ディスプレイ、ファン、ポンプ、可変焦点ミラー、遮音材料、防音材料、キーボード、音響機器、情報処理機、計測機器、医用機器などの種々の分野で利用することができる。
<Applications of polymeric piezoelectric materials>
Polymeric piezoelectric material of the present invention, or large piezoelectric constant d 14 is as described, transparency, because it is excellent piezoelectric material vertically tear strength, speakers, headphones, a touch panel, remote controller, microphone, water microphone, Ultrasonic transducer, ultrasonic applied measuring instrument, piezoelectric vibrator, mechanical filter, piezoelectric transformer, delay device, sensor, acceleration sensor, impact sensor, vibration sensor, pressure sensor, tactile sensor, electric field sensor, sound pressure sensor, display It can be used in various fields such as fans, pumps, variable focus mirrors, sound insulation materials, sound insulation materials, keyboards, acoustic equipment, information processing equipment, measurement equipment, medical equipment, and the like.

このとき、本発明の高分子圧電材料は、少なくとも2つの面を有し、当該面には電極が備えられた圧電素子として用いられることが好ましい。電極は、高分子圧電材料の少なくとも2つの面に備えられていればよい。前記電極としては、特に制限されないが、例えば、ITO、ZnO、IZO(登録商標)、導電性ポリマー等が用いられる。   At this time, the polymeric piezoelectric material of the present invention is preferably used as a piezoelectric element having at least two surfaces and electrodes provided on the surfaces. The electrodes only need to be provided on at least two surfaces of the polymeric piezoelectric material. Although it does not restrict | limit especially as said electrode, For example, ITO, ZnO, IZO (trademark), a conductive polymer, etc. are used.

また、本発明の高分子圧電材料と、電極と、を繰り返し重ねて積層圧電素子として用いることもできる。例としては、電極と高分子圧電材料とのユニットを繰り返し重ね、最後に電極で覆われていない高分子圧電材料の主面を電極で覆ったものが挙げられる。具体的にはユニットの繰り返しが2回のものは、電極、高分子圧電材料、電極、高分子圧電材料、電極をこの順で重ねた積層圧電素子である。積層圧電素子に用いられる高分子圧電材料はそのうち1層の高分子圧電材料が本発明の高分子圧電材料であればよく、その他の層は本発明の高分子圧電材料でなくてもよい。
また、積層圧電素子に複数の本発明の高分子圧電材料が含まれる場合は、ある層の本発明の高分子圧電材料に含まれる光学活性高分子の光学活性がL体ならば、他の層の高分子圧電材料に含まれる光学活性高分子はL体であってもD体であってもよい。高分子圧電材料の配置は圧電素子の用途に応じて適宜調整することができる。
Further, the polymer piezoelectric material of the present invention and an electrode can be repeatedly stacked and used as a laminated piezoelectric element. As an example, a unit in which an electrode and a polymer piezoelectric material are repeatedly stacked, and the main surface of the polymer piezoelectric material that is not covered with an electrode is covered with an electrode. Specifically, the unit having two repetitions is a laminated piezoelectric element in which electrodes, polymer piezoelectric material, electrodes, polymer piezoelectric material, and electrodes are stacked in this order. Of the polymer piezoelectric materials used in the laminated piezoelectric element, one layer of the polymer piezoelectric material may be the polymer piezoelectric material of the present invention, and the other layers may not be the polymer piezoelectric material of the present invention.
Further, when the laminated piezoelectric element includes a plurality of polymer piezoelectric materials of the present invention, if the optical activity of the optically active polymer contained in one layer of the polymer piezoelectric material of the present invention is L, the other layers The optically active polymer contained in this polymeric piezoelectric material may be L-form or D-form. The arrangement of the polymeric piezoelectric material can be appropriately adjusted according to the use of the piezoelectric element.

例えば、L体の光学活性高分子を主たる成分として含む高分子圧電材料の第1の層が電極を介してL体の光学活性高分子を主たる成分として含む第2の高分子圧電材料と積層される場合は、第1の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)を、第2の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)と交差、好ましくは直交させると、第1の高分子圧電材料と第2の高分子圧電材料との変位の向きを揃えることができ、積層圧電素子全体としての圧電性が高まるので好ましい。   For example, a first layer of a piezoelectric polymer material containing an L-type optically active polymer as a main component is laminated with a second polymeric piezoelectric material containing an L-type optically active polymer as a main component via an electrode. When the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the first polymeric piezoelectric material intersects, preferably orthogonally intersects, the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the second polymeric piezoelectric material, It is preferable because the direction of displacement between the polymeric piezoelectric material and the second polymeric piezoelectric material can be made uniform, and the piezoelectricity of the entire laminated piezoelectric element is enhanced.

一方、L体の光学活性高分子を主たる成分として含む高分子圧電材料の第1の層が電極を介してD体の光学活性高分子を主たる成分として含む第2の高分子圧電材料と積層される場合は、第1の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)を、第2の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)と略平行となるように配置すると第1の高分子圧電材料と第2の高分子圧電材料の変位の向きを揃えることができ、積層圧電素子全体としての圧電性が高まるので好ましい。   On the other hand, the first layer of the polymeric piezoelectric material containing the L-type optically active polymer as the main component is laminated with the second polymeric piezoelectric material containing the D-type optically active polymer as the main component via the electrode. The first uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the first polymeric piezoelectric material is arranged so as to be substantially parallel to the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the second polymeric piezoelectric material. This is preferable because the directions of displacement of the polymeric piezoelectric material and the second polymeric piezoelectric material can be made uniform, and the piezoelectricity of the entire laminated piezoelectric element is enhanced.

特に高分子圧電材料の主面に電極を備える場合には、透明性のある電極を備えることが好ましい。ここで、電極について、透明性があるとは、具体的には、内部ヘイズが40%以下(全光線透過率が60%以上)であることをいう。   In particular, when an electrode is provided on the main surface of the polymeric piezoelectric material, it is preferable to provide a transparent electrode. Here, the transparency of the electrode specifically means that the internal haze is 40% or less (total light transmittance is 60% or more).

本発明の高分子圧電材料を用いた前記圧電素子は、スピーカーやタッチパネル等、上述の種々の圧電デバイスに応用することができる。特に、透明性のある電極を備えた圧電素子は、スピーカー、タッチパネル、アクチュエータ等への応用に好適である。   The piezoelectric element using the polymeric piezoelectric material of the present invention can be applied to the above-described various piezoelectric devices such as speakers and touch panels. In particular, a piezoelectric element provided with a transparent electrode is suitable for application to a speaker, a touch panel, an actuator, and the like.

以下、本発明の実施形態を実施例により更に具体的に説明するが、本実施形態はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present embodiment is not limited to the following examples unless it exceeds the gist of the present invention.

〔実施例1〕
三井化学(株)製ポリ乳酸系樹脂(登録商標LACEA、H−400(重量平均分子量Mw:20万)を押出成形機ホッパーに入れて、220〜230℃に加熱しながらTダイから押し出し、50℃のキャストロールに0.3分間接触させ厚さ230μmの予備結晶化シートを製膜した(予備結晶化工程)。前記予備結晶化シートの結晶化度を測定したところ4%であった。
得られた予備結晶化シートを80℃に加熱しながら、テンター方式でTD方向に3.0倍(主延伸)、ロールツーロール方式でMD方向に2.0倍(副次的延伸)まで同時2軸延伸を行い、フィルムを得た(延伸工程)。
前記延伸工程の後のフィルムを、ロールツーロールで、145℃に加熱したロール上に接触させアニール処理し、急冷して、高分子圧電材料を作製した(アニール処理工程)。なお、前記急冷は、アニール処理後のフィルムを20℃〜30℃の大気に接触させ、さらにフィルム巻取機の金属ロールに接触させることにより、フィルム温度を急速に室温近傍に降温させることによって行った。
[Example 1]
A polylactic acid resin (registered trademark LACEEA, H-400 (weight average molecular weight Mw: 200,000)) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. is put into an extruder hopper and extruded from a T-die while heating at 220 to 230 ° C. A pre-crystallized sheet having a thickness of 230 μm was formed by contact with a cast roll at 0 ° C. for 0.3 minutes (pre-crystallization step) The crystallinity of the pre-crystallized sheet was measured and found to be 4%.
Simultaneously up to 3.0 times (main stretching) in the TD direction by the tenter method and 2.0 times (secondary stretching) in the MD direction by the roll-to-roll method while heating the obtained pre-crystallized sheet at 80 ° C. Biaxial stretching was performed to obtain a film (stretching step).
The film after the stretching step was brought into contact with a roll heated to 145 ° C. by roll-to-roll, annealed, and rapidly cooled to produce a polymer piezoelectric material (annealing step). The rapid cooling is performed by rapidly lowering the film temperature to near room temperature by bringing the annealed film into contact with the air at 20 ° C. to 30 ° C. and then contacting with the metal roll of the film winder. It was.

〔実施例2〜8、比較例1〜2〕
次いで、実施例1の高分子圧電材料の作製において、予備結晶化条件や延伸条件を、表1に示す条件に変更した他は同様にして、実施例2〜8、比較例1〜2の高分子圧電材料を作製した。
実施例5〜8では、主延伸の方向をMD方向とし、副次的延伸の方向をTD方向とした。
[Examples 2-8, Comparative Examples 1-2]
Subsequently, in the production of the polymeric piezoelectric material of Example 1, the precrystallization conditions and the stretching conditions were changed to the conditions shown in Table 1 in the same manner as in Examples 2-8 and Comparative Examples 1-2. A molecular piezoelectric material was prepared.
In Examples 5 to 8, the main stretching direction was the MD direction, and the secondary stretching direction was the TD direction.


−樹脂(光学活性高分子)のL体量とD体量の測定−
50mLの三角フラスコに1.0gのサンプル(高分子圧電材料)を秤り込み、IPA(イソプロピルアルコール)2.5mLと、5.0mol/L水酸化ナトリウム溶液5mLとを加えた。次に、サンプル溶液が入った前記三角フラスコを、温度40℃の水浴に入れ、ポリ乳酸が完全に加水分解するまで、約5時間攪拌した。
-Measurement of L and D amounts of resin (optically active polymer)-
A sample (polymer piezoelectric material) of 1.0 g was weighed into a 50 mL Erlenmeyer flask, and 2.5 mL of IPA (isopropyl alcohol) and 5 mL of 5.0 mol / L sodium hydroxide solution were added. Next, the Erlenmeyer flask containing the sample solution was placed in a water bath at a temperature of 40 ° C. and stirred for about 5 hours until the polylactic acid was completely hydrolyzed.

前記サンプル溶液を室温まで冷却後、1.0mol/L塩酸溶液を20mL加えて中和し、三角フラスコを密栓してよくかき混ぜた。サンプル溶液の1.0mLを25mLのメスフラスコに取り分け、移動相で25mLとしてHPLC試料溶液1を調製した。HPLC試料溶液1を、HPLC装置に5μL注入し、下記HPLC条件で、ポリ乳酸のD/L体ピーク面積を求め、L体の量とD体の量を算出した。
−HPLC測定条件−
・カラム
光学分割カラム、(株)住化分析センター製 SUMICHIRAL OA5000
・測定装置
日本分光社製 液体クロマトグラフィ
・カラム温度
25℃
・移動相
1.0mM−硫酸銅(II)緩衝液/IPA=98/2(V/V)
硫酸銅(II)/IPA/水=156.4mg/20mL/980mL
・移動相流量
1.0ml/分
・検出器
紫外線検出器(UV254nm)
The sample solution was cooled to room temperature, neutralized by adding 20 mL of 1.0 mol / L hydrochloric acid solution, and the Erlenmeyer flask was sealed and mixed well. 1.0 mL of the sample solution was placed in a 25 mL volumetric flask, and HPLC sample solution 1 was prepared with 25 mL of mobile phase. 5 μL of the HPLC sample solution 1 was injected into the HPLC apparatus, the D / L body peak area of polylactic acid was determined under the following HPLC conditions, and the amount of L body and the amount of D body were calculated.
-HPLC measurement conditions-
・ Column Optical resolution column, SUMICHIRAL OA5000 manufactured by Sumika Chemical Analysis Co., Ltd.
・ Measuring device: JASCO Corporation liquid chromatography column temperature: 25 ℃
Mobile phase 1.0 mM-copper (II) sulfate buffer / IPA = 98/2 (V / V)
Copper (II) sulfate / IPA / water = 156.4 mg / 20 mL / 980 mL
・ Mobile phase flow rate 1.0ml / min ・ Detector UV detector (UV254nm)

<分子量分布>
ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)を用い、下記GPC測定方法により、実施例および比較例の各高分子圧電材料に含まれる樹脂(光学活性高分子)の分子量分布(Mw/Mn)を測定した。
−GPC測定方法−
・測定装置
Waters社製GPC−100
・カラム
昭和電工社製、Shodex LF−804
・サンプルの調製
実施例および比較例の各高分子圧電材料を、それぞれ40℃で溶媒〔クロロホルム〕へ溶解させ、濃度1mg/mlのサンプル溶液を準備した。
・測定条件
サンプル溶液0.1mlを溶媒(クロロホルム)、温度40℃、1ml/分の流速でカラムに導入し、カラムで分離されたサンプル溶液中のサンプル濃度を示差屈折計で測定した。樹脂の分子量は、ポリスチレン標準試料にてユニバーサル検量線を作成し、各樹脂の重量平均分子量(Mw)を算出した。実施例、比較例で用いた樹脂について測定した結果を表1に示した。なお、表1において、「LA」はLACEA H−400を表す。
<Molecular weight distribution>
Using a gel permeation chromatograph (GPC), the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the resin (optically active polymer) contained in each polymer piezoelectric material of Examples and Comparative Examples was measured by the following GPC measurement method.
-GPC measurement method-
・ Measurement device Waters GPC-100
・ Column Showa Denko KK, Shodex LF-804
-Preparation of sample Each polymeric piezoelectric material of an Example and a comparative example was dissolved in the solvent [chloroform] at 40 degreeC, respectively, and the sample solution with a density | concentration of 1 mg / ml was prepared.
Measurement conditions 0.1 ml of the sample solution was introduced into the column at a solvent (chloroform), a temperature of 40 ° C. and a flow rate of 1 ml / min, and the sample concentration in the sample solution separated by the column was measured with a differential refractometer. For the molecular weight of the resin, a universal calibration curve was prepared using a polystyrene standard sample, and the weight average molecular weight (Mw) of each resin was calculated. Table 1 shows the measurement results of the resins used in the examples and comparative examples. In Table 1, “LA” represents LACEA H-400.

<物性測定および評価>
以上のようにして得られた実施例1〜8、比較例1〜2の高分子圧電材料について、それぞれ、ガラス転移温度Tg、融点Tm、結晶化度、比熱容量Cp、厚さ、内部ヘイズ、圧電定数、MORc、寸法変化率を測定し、縦裂性評価を行った。
評価結果を表2に示す。
なお、具体的には、次のようにして測定した。
<Measurement and evaluation of physical properties>
For the polymeric piezoelectric materials of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-2 obtained as described above, glass transition temperature Tg, melting point Tm, crystallinity, specific heat capacity Cp, thickness, internal haze, The piezoelectric constant, MORc, and dimensional change rate were measured, and longitudinal fissure evaluation was performed.
The evaluation results are shown in Table 2.
Specifically, the measurement was performed as follows.

〔ガラス転移温度Tg、融点Tm、及び結晶化度〕
実施例および比較例の各高分子圧電材料を、それぞれ10mg正確に秤量し、示差走査型熱量計(パーキンエルマー社製DSC−1)を用い、昇温速度10℃/分の条件で測定し、融解吸熱曲線を得た。得られた融解吸熱曲線から融点Tm、ガラス転移温度Tg、比熱容量Cpおよび結晶化度を得た。
[Glass transition temperature Tg, melting point Tm, and crystallinity]
Each of the polymeric piezoelectric materials of Examples and Comparative Examples was accurately weighed 10 mg each, and measured using a differential scanning calorimeter (DSC-1 manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd.) at a temperature rising rate of 10 ° C./min. A melting endotherm curve was obtained. From the obtained melting endotherm curve, melting point Tm, glass transition temperature Tg, specific heat capacity Cp and crystallinity were obtained.

〔比熱容量Cp〕
実施例および比較例の各高分子圧電材料を上記示差走査型熱量計で測定したときに、1g当たり1℃上昇させるのに要した熱量を測定した。測定条件はTg、Tmと同様の条件で測定した。
[Specific heat capacity Cp]
When each of the polymeric piezoelectric materials of Examples and Comparative Examples was measured with the above differential scanning calorimeter, the amount of heat required to raise 1 ° C. per gram was measured. Measurement conditions were the same as Tg and Tm.

〔寸法変化率〕
実施例および比較例の各高分子圧電材料を、MD方向に50mm、TD方向に50mmカットして、50mm×50mmの矩形フィルムを切り出した。このフィルムを85℃にセットしたオーブン中に吊り下げて、30分間アニール処理(以下、この寸法変化率評価のためのアニール処理を「アニールB」とする)した。その後、アニールB前後のMD方向のフィルム矩形辺長の寸法をノギスで測定し、下式に従い、寸法変化率(%)を算出し、その絶対値により、寸法安定性を評価した。寸法変化率が小さいほど寸法安定性が高いことを示す。
寸法変化率(%)=100×((アニールB前のMD方向の辺長)−(アニールB後のMD方向の辺長さ))/(アニールB前のMD方向の辺長)
[Dimensional change rate]
Each polymeric piezoelectric material of the example and the comparative example was cut by 50 mm in the MD direction and 50 mm in the TD direction to cut out a rectangular film of 50 mm × 50 mm. This film was suspended in an oven set at 85 ° C. and annealed for 30 minutes (hereinafter, this annealing treatment for evaluating the dimensional change rate was referred to as “anneal B”). Thereafter, the dimension of the film rectangular side length in the MD direction before and after annealing B was measured with calipers, the dimensional change rate (%) was calculated according to the following formula, and the dimensional stability was evaluated based on the absolute value. A smaller dimensional change rate indicates higher dimensional stability.
Dimensional change rate (%) = 100 × ((side length in MD direction before annealing B) − (side length in MD direction after annealing B)) / (side length in MD direction before annealing B)

〔内部ヘイズ〕
本願でいう「内部ヘイズ」とは本発明の高分子圧電材料の内部へイズのことをいい、測定方法は一般的な方法で測定される。
具体的には、実施例および比較例の各高分子圧電材料の内部ヘイズ(以下、内部ヘイズ(H1)ともいう)は、厚さ方向の光透過性を測定することにより、測定した。より詳細には、予めガラス板2枚の間に、シリコンオイル(信越化学工業株式会社製信越シリコーン(商標)、型番:KF96−100CS)のみを挟んでヘイズ(H2)を測定し、次にシリコンオイルで表面を均一に塗らしたフィルム(高分子圧電材料)を、ガラス板2枚で挟んでヘイズ(H3)を測定し、下記式のようにこれらの差をとることで、実施例および比較例の各高分子圧電材料の内部ヘイズ(H1)を得た。
内部ヘイズ(H1)=ヘイズ(H3)−ヘイズ(H2)
[Internal haze]
The “internal haze” referred to in the present application refers to the internal haze of the polymeric piezoelectric material of the present invention, and the measurement method is a general method.
Specifically, the internal haze (hereinafter also referred to as internal haze (H1)) of each of the polymer piezoelectric materials of Examples and Comparative Examples was measured by measuring light transmittance in the thickness direction. More specifically, the haze (H2) is measured in advance by sandwiching only silicon oil (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Shin-Etsu Silicone (trademark), model number: KF96-100CS) between two glass plates. A film (polymer piezoelectric material) whose surface is uniformly coated with oil is sandwiched between two glass plates, and the haze (H3) is measured. By taking these differences as shown in the following formulas, examples and comparative examples The internal haze (H1) of each polymeric piezoelectric material was obtained.
Internal haze (H1) = Haze (H3) -Haze (H2)

上記式におけるヘイズ(H2)及びヘイズ(H3)は、それぞれ、下記測定条件下で下記装置を用い、厚さ方向の光透過性を測定することにより測定した。
測定装置:東京電色社製、HAZE METER TC−HIIIDPK
試料サイズ:幅30mm×長さ30mm(厚さは表2参照)
測定条件:JIS−K7105に準拠
測定温度:室温(25℃)
The haze (H2) and haze (H3) in the above formula were measured by measuring the light transmittance in the thickness direction using the following apparatus under the following measurement conditions.
Measuring device: manufactured by Tokyo Denshoku Co., Ltd., HAZE METER TC-HIIIDPK
Sample size: 30 mm wide x 30 mm long (see Table 2 for thickness)
Measurement conditions: Conforms to JIS-K7105 Measurement temperature: Room temperature (25 ° C.)

〔圧電定数d14(変位法による)〕
両面にAgの導電層が形成された40mm×40mmの試験片(高分子圧電材料)を、高分子圧電材料の延伸方向(MD方向)に対して45°なす方向に32mm、45°なす方向に直交する方向に5mmにカットして、32mm×5mmの矩形のフィルムを切り出した。これを、圧電定数測定用サンプルとした。得られたサンプルに、10Hz、300Vppの正弦波の交流電圧を印加したときの、フィルムの変位の最大値と最小値の差分距離を、キーエンス社製レーザ分光干渉型変位計SI−1000により計測した。計測した、変位量(mp−p)を、フィルムの基準長30mmで割った値を歪量とし、この歪量をフィルムに印加した電界強度((印加電圧(V))/(フィルム厚))で割った値に2を乗じた値を圧電定数d14(pm/V)とした。
[Piezoelectric constant d 14 (by displacement method)]
A 40 mm × 40 mm test piece (polymer piezoelectric material) having an Ag conductive layer formed on both sides is formed in a direction of 45 mm and a direction of 45 ° with respect to the stretching direction (MD direction) of the polymer piezoelectric material. A rectangular film of 32 mm × 5 mm was cut into 5 mm in the orthogonal direction. This was used as a piezoelectric constant measurement sample. When a sine wave AC voltage of 10 Hz and 300 Vpp was applied to the obtained sample, the difference distance between the maximum value and the minimum value of the displacement of the film was measured with a laser spectral interference displacement meter SI-1000 manufactured by Keyence Corporation. . The value obtained by dividing the measured displacement (mp-p) by the reference length of the film of 30 mm is used as the amount of distortion, and the electric field intensity ((applied voltage (V)) / (film thickness)) applied to the film. A value obtained by multiplying the value divided by 2 by 2 was defined as a piezoelectric constant d 14 (pm / V).

〔規格化分子配向MORc〕
実施例および比較例の各高分子圧電材料について、規格化分子配向MORcを、王子計測機器株式会社製マイクロ波方式分子配向計MOA−6000により測定した。基準厚さtcは、50μmに設定した。
[Standardized molecular orientation MORc]
About each polymeric piezoelectric material of an Example and a comparative example, normalization molecular orientation MORc was measured by Oji Scientific Instruments Co., Ltd. microwave system molecular orientation meter MOA-6000. The reference thickness tc was set to 50 μm.

〔縦裂性評価〕
実施例および比較例の各高分子圧電材料について、JIS K 7128−3の「プラスチックーフィルム及びシートの引裂強さ」に記載の試験方法「直角形引裂法」に準拠し、MD方向の引裂強さ及びTD方向の引裂強さをそれぞれ測定することにより、縦裂性評価を行った。
縦裂性評価において、MD方向の引裂強さ及びTD方向の引裂強さがいずれも大きいことが、縦裂強度の低下が抑制されていることを意味している。換言すれば、MD方向の引裂強さ及びTD方向の引裂強さの少なくとも一方が低いことが、縦裂強度が低下したことを意味している。
引裂強さの測定において、引張試験機のクロスヘッド速度は毎分200mmとした。
引裂強さ(T)は下式より算出した。
T=F/d
上記式において、Tは引裂強さ(N/mm)、Fは最大引裂荷重、dは試験片の厚さ(mm)を表す。
(Vertical fissure evaluation)
About each polymeric piezoelectric material of an Example and a comparative example, based on the test method "right-angled tear method" described in "Tear strength of a plastic film and a sheet | seat" of JISK7128-3, tear strength of MD direction The longitudinal tearability was evaluated by measuring the thickness and tear strength in the TD direction.
In the longitudinal tear evaluation, when the tear strength in the MD direction and the tear strength in the TD direction are both large, it means that the decrease in the longitudinal tear strength is suppressed. In other words, the fact that at least one of the tear strength in the MD direction and the tear strength in the TD direction is low means that the longitudinal tear strength has decreased.
In the measurement of tear strength, the crosshead speed of the tensile tester was 200 mm per minute.
The tear strength (T) was calculated from the following equation.
T = F / d
In the above formula, T represents the tear strength (N / mm), F represents the maximum tear load, and d represents the thickness (mm) of the test piece.


表2に示すように、実施例1〜8では、比較例1と比較して、縦裂強度(ここでは、MD方向の引裂強さ)の低下が抑制された。
また、実施例1〜8では、透明性に優れ(即ち、内部ヘイズが低く)、かつ、高い圧電定数(1pm/V以上)を示した。
一方、比較例2では、実施例1〜8と圧電定数はほぼ同等であったが、実施例1〜8と比較して縦裂強度(ここでは、MD方向の引裂強さ)が低下した。
なお、表2において、「N.D.」は、測定を省略したために測定結果が無いことを示している。
As shown in Table 2, in Examples 1 to 8, as compared with Comparative Example 1, a decrease in longitudinal tear strength (here, tear strength in the MD direction) was suppressed.
Moreover, in Examples 1-8, it was excellent in transparency (namely, internal haze is low), and showed the high piezoelectric constant (1 pm / V or more).
On the other hand, in Comparative Example 2, the piezoelectric constants were almost the same as in Examples 1 to 8, but the longitudinal tear strength (here, the tear strength in the MD direction) was lower than in Examples 1 to 8.
In Table 2, “ND” indicates that there is no measurement result because measurement is omitted.

日本出願2011−272708の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
The disclosure of Japanese application 2011-272708 is incorporated herein by reference in its entirety.
All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually described to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

Claims (13)

重量平均分子量が5万〜100万である光学活性を有するヘリカルキラル高分子を含み、DSC法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、かつ、マイクロ波透過型分子配向計で測定される基準厚さを50μmとしたときの規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積が25〜250である、高分子圧電材料。   Including a helical chiral polymer having an optical activity of weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000, crystallinity obtained by DSC method is 20% to 80%, and measured with a microwave transmission type molecular orientation meter A polymer piezoelectric material, wherein the product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity when the reference thickness is 50 μm is 25 to 250. 前記結晶化度が40.8%以下である、請求項1に記載の高分子圧電材料。   The polymeric piezoelectric material according to claim 1, wherein the crystallinity is 40.8% or less. 可視光線に対する内部ヘイズが40%以下である、請求項1または請求項2に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to claim 1 or 2 , wherein an internal haze with respect to visible light is 40% or less. 前記規格化分子配向MORcが1.0〜15.0である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 3, wherein the normalized molecular orientation MORc is 1.0 to 15.0. 25℃において変位法で測定した圧電定数d14が1pm/V以上である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。 Piezoelectric constant d 14 measured by a displacement method at 25 ° C. is 1 Pm/V or more, polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 4. 前記ヘリカルキラル高分子が、下記式(1)で表される繰り返し単位を含む主鎖を有するポリ乳酸系高分子である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
The polymer piezoelectric according to any one of claims 1 to 5, wherein the helical chiral polymer is a polylactic acid polymer having a main chain including a repeating unit represented by the following formula (1). material.
前記ヘリカルキラル高分子は、光学純度が95.00%ee以上である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 6, wherein the helical chiral polymer has an optical purity of 95.00% ee or higher. 前記ヘリカルキラル高分子の含有量が80質量%以上である、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 7, wherein a content of the helical chiral polymer is 80% by mass or more. 可視光線に対する内部ヘイズが1.0%以下である、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 8, wherein an internal haze with respect to visible light is 1.0% or less. 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の高分子圧電材料を製造する方法であって、
前記ヘリカルキラル高分子を含む非晶状態のシートを加熱して予備結晶化シートを得る第一の工程と、前記予備結晶化シートを同時に2軸方向に延伸する第二の工程と、を含む、高分子圧電材料の製造方法。
A method for producing the polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 9,
A first step of heating a non-crystalline sheet containing the helical chiral polymer to obtain a pre-crystallized sheet, and a second step of simultaneously stretching the pre-crystallized sheet in biaxial directions. A method for producing a polymeric piezoelectric material.
前記予備結晶化シートを得る第一の工程において、下記式で表される温度Tにおいて、結晶化度が1%〜70%になるまで前記非晶状態のシートを加熱する、請求項10に記載の高分子圧電材料の製造方法。
Tg−40℃≦T≦Tg+40℃
(Tgは、前記ヘリカルキラル高分子のガラス転移温度を表す。)
In the first step of obtaining the pre-crystallized sheet, the amorphous sheet is heated until the crystallinity becomes 1% to 70% at a temperature T represented by the following formula. A method for producing a polymeric piezoelectric material.
Tg−40 ° C. ≦ T ≦ Tg + 40 ° C.
(Tg represents the glass transition temperature of the helical chiral polymer.)
前記予備結晶化シートを得る第一の工程において、前記ヘリカルキラル高分子としてポリ乳酸を含む非晶状態のシートを20℃〜170℃で、5秒〜60分加熱する、請求項10または請求項11に記載の高分子圧電材料の製造方法。 Wherein in a first step of obtaining a pre-crystallized sheet, wherein at 20 ° C. to 170 ° C. The amorphous state sheet comprising polylactic acid as a helical chiral polymer, heated for 5 seconds to 60 minutes, according to claim 10 or claim 11. A method for producing a polymeric piezoelectric material according to 11 . 前記第二の工程の後に、アニール処理をする、請求項10〜請求項12のいずれか1項に記載の高分子圧電材料の製造方法。
The method for producing a polymeric piezoelectric material according to any one of claims 10 to 12 , wherein annealing is performed after the second step.
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